Mengenal Konsep Usaha dan Energi – Materi Fisika Kelas 10

Hai Sobat Zenius, di artikel ini gue mau membahas tentang materi usaha dan energi kelas 10. Nggak lupa juga kita bakal belajar tentang rumus beserta contoh soalnya.

Kalau ngomongin usaha dan energi elo langsung mikir apa nih? Mungkin elo mikir tentang usaha untuk selalu dapat nilai bagus, atau tentang impian membuka usaha di masa depan?

Eits, jangan lupa dong kita lagi bahas tentang materi usaha dan energi fisika kelas 10. Jadi, usaha yang dimadsud juga yang ada dalam dunia fisika dong. Tentu berbeda ya dengan usaha yang disebutkan tadi.

Terus bagaimana hubungan antara usaha dengan energi? Energi pun sebenarnya memiliki pengertian yang luas, di mana sulit untuk menjelaskan mengenai energi itu sendiri, karena energi itu memiliki hubungan erat dengan yang lain termasuk dengan usaha. 

Pelan-pelan kita pahami, dimulai dari pengertiannya dulu ya!

Pengertian dan Rumus Usaha

Dalam ilmu fisika, usaha adalah besarnya energi atau gaya yang diberikan untuk memindahkan atau menggerakkan suatu benda atau objek. Yang dimaksud dengan memindahkan di sini artinya tempat atau letaknya yang berubah setelah dilakukan usaha. 

Nah, dari penjelasan di atas bisa elo simpulkan bahwa benda yang mengalami perpindahan posisi karena diberikan gaya yang berasal dari usaha.

Oleh karena itu untuk menghitung seberapa besar usaha digunakan persamaan berikut:

Rumus Usaha

W = F.s

Di mana, F= Gaya (N); W= Usaha(Joule); dan s= Perpindahan (m).

Usaha (W) bertanda positif (+), usaha searah dengan perpindahan benda.Usaha (W) bertanda negatif (-), usaha berlawanan arah dengan perpindahan benda.

Usaha pada Bidang Datar

Meskipun pada bidang yang datar, namun gaya yang diberikan tidak selalu lurus, yang berarti dalam kondisi tertentu gaya akan membentuk sudut tertentu, seperti gambar diatas. Oleh karena itu digunakan persamaan 

Rumus Usaha pada Bidang Datar

Di mana, = sudut yang dibentuk oleh gaya

Usaha pada Bidang Miring

Tidak hanya bidang datar, usaha pun dapat dilakukan pada bidang miring, salah satu contoh yang sering kita temui adalah pada saat melihat kurir yang memindahkan barang ke dalam truk menggunakan bantuan salah satu pesawat sederhana yaitu bidang miring. 

Rumus Usaha pada Bidang Miring

Di mana, m= massa (kg), g=gravitas ()

Supaya lebih paham dengan berbagai jenis usaha dan juga rumus usaha di atas, langsung cek contoh soalnya aja.

Contoh Soal Usaha dalam Fisika

Materi usaha dan energi kelas 10 tentunya nggak akan lengkap tanpa paham tentang energi juga. Ya udah, kita lanjut ke pembahasan energi di bawah ini, ya!

Pembahasan yang lebih lengkap mengenai Rumus Usaha bisa kamu baca di sini: Rumus Usaha dalam Fisika Beserta Pengertian, Jenis-jenis, dan 4 Contoh Soal.

Pengertian dan Rumus Energi

Dalam ilmu fisika yang dimaksudkan dengan energi yang berhubungan dengan usaha adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Mengapa keduanya berhubungan erat? 

Jawabannya juga akan menjawab pertanyaan tentang bagaimana hubungan antara usaha dengan energi. 

Itu karena usaha merupakan perubahan energi yang terjadi pada suatu benda atau objek termasuk perubahan energi kinetik dan energi potensial. Sehingga energi merupakan komponen yang erat kaitannya dengan usaha. 

Energi Kinetik

Pada umumnya pengertian energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda atau objek yang bergerak karena adanya kecepatan, oleh karena itu digunakan persamaan

Di mana, Ek= Energi Kinetik (Joule); m= massa (kg); v= kecepatan (m/s).

Hubungannya dengan usaha

Besar usaha sama dengan perubahan energi kinetik apabila sebuah benda mengalami perubahan kelajuan. 

Pembahasan yang lebih lengkap mengenai Energi Kinetik bisa kamu baca di sini: Rumus Energi Kinetik dalam Fisika.

Energi Potensial

Sama halnya dengan suatu benda atau objek yang mungkin memiliki energi kinetik, suatu benda atau objek pun dapat memiliki energi potensial, di mana energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda atau objek dikarenakan posisi, bentuk, atau susunannya dan di dalam hubungannya dengan usaha biasa berkaitan erat dengan energi yang dimiliki karena ketinggiannya letaknya. Oleh karena ini digunakan persamaan 

Di mana, Ep=Energi Potensial (Joule);  m= massa (kg); g= gravitasi (); dan h= ketinggian benda atau objek (m)

Hubungannya dengan usaha 

Besar usaha sama dengan perubahan energi potensial suatu benda atau objek apabila sebuah benda berada pada ketinggian tertentu dan kemudian diangkat sehingga menyebabkan ketinggiannya berubah. 

Pembahasan yang lebih lengkap mengenai Energi Potensial bisa kamu baca di sini: Rumus Energi Potensial dalam Fisika.

Energi Potensial Pegas

Sesuai dengan namanya, energi potensial adalah energi yang diperlukan untuk meregangkan dan menekan pegas. Oleh karena itu digunakan persamaan berikut:

di mana , k= konstanta pegas (N/m); x= perubahan panjang pegas (m).

Energi Mekanik

Singkatnya energi mekanik dapat dikatakan jumlah atau total dari energi potensial dan energi mekanik, karena energi mekanik merupakan energi yang berkaitan dengan pergerakan. Maka digunakan persamaan berikut:

Di mana Em merupakan Energi Mekanik (dalam Joule).

Pembahasan yang lebih lengkap mengenai Energi Mekanik bisa kamu baca di sini: Rumus Energi Mekanik dalam Fisika Beserta Contoh Soal.

Daya 

Daya merupakan kecepatan melakukan kerja atau usaha atau bisa dikatakan daya merupakan jumlah energi yang dihabiskan dalam per satuan waktu (per detik).

Bisa disimpulkan, perubahan energi persatuan waktu disebut daya. Oleh karena itu persamaan yang dapat digunakan:

Oleh karena itu dapat persamaan yang digunakan 

Di mana, P= daya (Watt); W= usaha (Joule); t= waktu (detik); F= gaya (N); s= jarak (m); v= kecepatan (m/s).

Pembahasan yang lebih lengkap mengenai Rumus Daya bisa kamu baca di sini: Rumus Dimensi Daya yang Mudah Dipahami.

Contoh Soal Energi dalam Fisika

Soal di atas sebenarnya termasuk contoh soal usaha dan energi kelas 10 juga, lho. Kalau dari soal jadi semakin keliatan kan hubungan antara usaha dengan jenis-jenis energi yang ada. Biar makin paham cek soal usaha dan energi di bawah ini.

Contoh Soal Usaha dan Energi

Sebuah benda dengan bentuk tabung bermassa 6kg bergerak lurus berubah beraturan dengan kecepatan awal 12 m/s dan percepatan 4 m/s. Besar usaha yang diberikan oleh benda tersebut selama bergerak 3 detik adalah….

Pembahasan:

Diketahui:
m = 6kg
V0 = 12 m/s
a = 4 m/s
t = 3s

Ditanya: W = ….?

Step pertama adalah kecepatan akhir dengan rumus Vt. Coba cek materi tentang GLBB, kalau elo lupa rumusnya ya.

Kecepatan benda pada detik ke 3:

Vt = V0 + a.t
Vt = 12 m/s + 4. 3
Vt = 24 m/s

Karena yang sudah elo ketahui Vt dan V0 elo bisa menggunakan rumus usaha sebagai perubahan energi kinetik.

W = 12m (Vt2 – V02)
    =  126 (242 – 122)

     =3 (576 -144)
    = 1296 J = 1,296 KJ

Jika elo ingin penjelasan dalam bentuk video singkat, jangan khawatir. Elo bisa cek Materi Usaha dan Energi kelas 10 di video pembahasan Zenius yang diajarkan oleh tutor fisika kece tentunya, lengkap dengan latihan soal lho! Elo tinggal login dan untuk bisa akses videonya!

Penerapan Konsep Energi dan Usaha 

Meskipun segala sesuatu dalam fisika terlihat rumit, sebenarnya banyak penerapan ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari, lho. Biar materi usaha dan energi kelas 10 ini makin elo inget, mending kita cek yuk aplikasinya di hidup sehari-hari.

Salah satu penerapannya adalah ayunan. Permainan yang mungkin sering elo mainkan sewaktu masih kecil ini sebenarnya merupakan salah satu penerapan konsep energi dan usaha. 

Perlu diingat bahwa energi kinetik merupakan energi yang berhubungan dengan pergerakan, dan ayunan dimainkan dengan digerakkan bukan? Sehingga ayunan tentunya memiliki energi potensial dan juga energi kinetik. 

Selain itu ada olahraga terjun payung atau skydiving, olahraga ini cocok buat elo yang suka menantang diri sendiri dan memacu adrenalin.

Olahraga ini pertama-tama melompat dari ketinggian tertentu di atas langit, pada saat menjatuhkan diri elo akan mengalami percepatan karena adanya gravitasi bumi, sebenarnya pada saat jatuh tubuh kita mengalami gesekan dengan angin namun sangat kecil.

Kemudian, pada saat kita membuka parasutnya, kecepatan kita otomatis akan melambat dan tidak secepat seperti saat kita jatuh tanpa parasut, kemudian setelah kita membuka parasut dan sampai di permukaan kita akan mempunyai kecepatan yang konstan. 

Usai sudah pembahasan tentang materi usaha dan energi kelas 10 kali ini. Semoga elo ngerti pembahasan serta rumusnya ya. Jika ada yang mau tanya atau ada yang mau didiskusikan boleh kok komen di bawah. 

Biar makin gampang belajarnya, elo bisa langsung aja download aplikasi Zenius ya. Kunjungi juga link di banner ini untuk lanjut belajar materi usaha, energi, dan chapter lainnya.

Supaya proses belajar lo semakin efektif, Zenius punya beberapa paket belajar yang bisa lo pilih sesuai kebutuhan lo. Di sini lo nggak cuman mereview materi aja, tetapi juga ada latihan soal untuk mengukur pemahaman lo. Yuk klik banner di bawah ini untuk berlangganan!

Semoga artikel ini membantu ya, semangat belajarnya!

Originally published  December 25, 2020 
Updated by Silvia Dwi