BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melihat berbagai peristiwa yang berhubungan

dengan usaha dan energi. Berbagai peristiwa tersebut kemudian akan memberi kita pertanyaan-

pertanyaan besar yang mendasari pemikiran kita, mengapa hal itu dapat terjadi dan apa yang

terjadi pada benda-benda tersebut. Setelah kita bertanya-tanya maka selanjutnya kita berhipotesis

dan membentuk logika awal. Logika awal ini sangat penting untuk melandasi kerangka berpikir

kita. Maka selanjutnya untuk meyakinkan hipotesa awal kita, kita akan mencari teori atau rumus

dari pertanyaan yang kita punyai.

Dalam pembahasan makalah ini, penyusun akan lebih menekankan kepada pemahaman

teori, pengertian, dan rumus dari materi usaha dan energi. Dengan menekankan pada pemahaman

rumus, diharapkan kita dapat mengaplikasikan dalam kehidupan nyata, memahami fenomena-

fenomena fisika, dan dapat mengerjakan tugas-tugas ujian dengan cukup lancar.

Dengan upaya pemahaman teori-teori energi dan usaha, semoga dapat semakin

memberi pemahaman serta kerangka berpikir yang logis bagi kita dalam memahami berbagai

fenomena di jagat raya ini.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan usaha?

2. Apa yang dimaksud dengan energi?

3. Apa saja aplikasi usaha dan energi dalam ke hidupan sehari hari ?

1.3 Tujuan Masalah

1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan usaha

2. Mengetahui apa yang dimaksud dengan energi

3. Mengetahui aplikasi usaha dan energi dalam ke hidupan sehari hari

1

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Usaha

           Apakah bedanya usaha dalam kehidupan sehari-hari dengan dalam fisika? Dalam

kehidupan sehari-hari, kata usaha dapat diartikan sebagai kegiatan dengan mengerahkan tenaga,

pikiran, atau badan untuk mencapai tujuan tertentu. Usaha dapat juga diartikan sebagai pekerjaan

untuk mencapai tujuan tertentu. Dalam fisika, pengertian usaha hampir sama dengan pengertian

usaha dalam kehidupan sehari-hari. Kesamaannya adalah dalam hal kegiatan dengan

mengerahkan tenaga. Pengertian usaha dalam fisika selalu menyangkut tenaga atau energi.

Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang melakukan usaha itu

harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan.

Jadi, jika suatu benda diberi gaya namun benda tidak mengalami perpindahan, maka dikatakan

usaha pada benda tersebut adalah nol . Sebagai contoh sebuah mesin melakukan usaha ketika

mengangkat atau memindahkan sesuatu. Seseorang yang membawa batu bata ke lantai dua

sebuah bangunan telah melakukan usaha.

2.2 Usaha yang Dilakukan oleh Gaya Konstan

Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai

hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah

perpindahan tersebut.Untuk memindahkan sebuah benda yang bermassa lebih besar dan pada

jarak yang lebih jauh, diperlukan usaha yang lebih besar pula.

Dengan berdasarkan pada kenyataan tersebut, usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dan

perpindahan yang terjadi Apabila usaha disimbolkan dengan W, gaya F, dan perpindahan s,

Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai dengan konsep perkalian titik

antara dua buah vektor, maka usaha W merupakan besaran skalar.

Bila sudut yang dibentuk oleh gaya F dengan perpindahan s adalah θ, maka besarnya usaha dapat

dituliskan sebagai: W = (F cos θ).s Komponen gaya F sin θ dikatakan tidak melakukan usaha

sebab tidak ada perpindahan ke arah komponen itu.

Dari persamaan rumus usaha, dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya:

2

1) Berbanding lurus dengan besarnya gaya,

2) Berbanding lurus dengan perpindahan benda,

3) Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda. Jika persamaan rumus

usaha kita tinjau lebih seksama, kita mendapatkan beberapa keadaan yang istimewa yang

berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda yaitu sebagai berikut: 

Apabila θ = 0, maka arah gaya sama atau berimpit dengan arah perpindahan

benda dan cos θ = 1, sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya F dapat

dinyatakan:

W = F . s cos θ

W = F . s . 1     

Apabila θ = 900 maka arah gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan benda

dan cos θ = 0, sehingga W = 0. Jadi, jika gaya F bekerja pada suatu benda dan

benda berpindah dengan arah tegak lurus pada arah gaya, dikatakan bahwa gaya

itu tidak melakukan usaha.

Apabila θ = 180, maka arah gaya F berlawanan dengan arah perpindahan benda

dan nilai cos θ = -1, sehingga W mempunyai nilai negatif. Hal itu dapat diartikan

bahwa gaya atau benda itu tidak  melakukan usaha dan benda tidak mengeluarkan

energi, tetapi mendapatkan energi.

Apabila s = 0, maka gaya tidak menyebabkan benda berpindah. Hal itu berarti W

= 0. Jadi,meskipun ada gaya yang bekerja pada suatu benda,namun jika benda itu

tidak berpindah maka,  dikatakan bahwa gaya itu tidak melakukan usaha.

a) Satuan Usaha

            Dalam SI satuan gaya adalah newton (N) dan satuan perpindahan adalah meter (m).

Sehingga, satuan usaha merupakan hasil perkalian antara satuan gaya dan satuan perpindahan,

yaitu newton meter atau joule. Satuan joule dipilih untuk menghormati James Presccott Joule

(1816 – 1869), seorang ilmuwan Inggris yang terkenal dalam penelitiannya mengenai konsep

panas dan energi.

1 joule = 1 Nm

karena 1 N = 1 Kg . m/s2

maka 1 joule = 1 Kg . m/s2 x 1 m

3

1 joule = 1 Kg . m2/s2

Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilo joule (kJ) dan mega joule (MJ).

1 kJ = 1.000 J

1 MJ = 1.000.000 J

b) Menghitung Usaha dari Grafik Gaya dan Perpindahan

            Apabila gaya yang bekerja pada suatu benda besar dan arahnya tetap maka grafik antara

F dan perpindahan s merupakan garis lurus yang sejajar dengan sumbu mendatar Grafik gaya F

terhadap perpindahan s jika besar dan arah F tetap

Dari grafik F – s, usaha sama dengan luas bangun yang dibatasi oleh garis grafik dengan sumbu

mendatar

Usaha: W = luas daerah yang diarsir

Dengan demikian, dari diagram F – s dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya

F sama dengan luas bangun yang dibatasi garis grafik dengan sumbu mendatar s.

c) Usaha yang Dilakukan oleh Beberapa Gaya

Dalam kehidupan nyata hampir tidak pernah kita menemukan kasus pada suatu benda hanya

bekerja sebuah gaya tunggal. Misalnya, ketika Anda menarik sebuah balok sepanjang lantai.

Selain gaya tarik yang Anda berikan, pada balok juga bekerja gaya-gaya lain seperti: gaya

gesekan antara balok dan lantai, gaya hambatan angin, dan gaya normal.

Jadi, usaha yang dilakukan oleh resultan beberapa gaya yang memiliki titik tangkap sama adalah

sama dengan jumlah aljabar usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya. Jika pada sebuah

benda bekerja dua gaya maka usaha yang dilakukan adalah:

W = W1 + W2

Jika terdapat lebih dari dua gaya:

W = W1 + W2 + W3 + ...... + Wn

atau W = ∑Wn

                                                                                           

d) Usaha Negatif

4

Seorang anak mendorong sebuah balok dengan tangannya. Sesuai dengan hukum III Newton,

dapat disimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada balok dan tangan dalam kasus ini sama besar

tetapi berlawanan arah, yaitu FAB = -FBA. Tanda negatif menunjukkan arah yang berlawanan.

Jika usaha oleh tangan pada balok bernilai positif ( karena searah dengan perpindahan balok),

maka usaha oleh balok pada tangan bernilai negatif.

2.3 Energi

Energi memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan di alam ini. Energi menyatakan

kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu sistem (manusia, hewan, atau benda) dikatakan

mempunyai energi jika mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha.

Energi yang dimiliki oleh, benda-benda yang bergerak disebut energi gerak atau energi kinetik

sedangkan energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukan atau keadaan benda disebut

energi potensial.

a. Energi Kinetik

Berapa besar energi yang dimiliki oleh benda dengan massanya tertentu dan bergerak dengan

kecepatan tertentu? Misalnya, kita melemparkan sebuah bola yang bermassa m.

Jika gaya yang bekerja pada bola itu konstan sebesar F dan dapat memindahkannya sejauh s dari

tangan kita, maka menurut hukum II Newton, bola memperoleh percepatan.

Telah diketahui bahwa sebuah benda yang diam, jika memperoleh percepatan a melalui jarak s,

maka kecepatan akhirnya dapat dinyatakan dengan persamaan:

V2 = 2 a . s

Jika a diganti dengan , persamaan diatas menjadi:

F . s adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh tangan kita pada saat melemparkan bola,

sedangka ½ m . V2 adalah besarnya energi yang diperoleh bola yang selanjutnya disebut energi

kinetik. Dengan demikian, jika energi kinetik dinyatakan dengan demikian, jika energi kinetik

dinyatakan dengan simbol Ek maka:

Keterangan:

Ek = energi kinetik (J)

m = massa (kg)

5

V = kecepatan (m/s)

Jadi, energi kinetik sebuah benda yang bermassa m dan mempunyai kecepatan V, adalah ½ m .

V2. Karena m dinyatakan dalam satuan kg dan V dalam satuan m/s,maka Ek dinyatakkan dalam

satuan joule (J).

b. Hukum Usaha dan Energi Kinetik

Sebuah benda yang massanya m bergerak dengan kecepatan V1, saat kedudukan benda di A,

bekerja gaya tetap F searah dengan geraknya. Setelah t detik, kedudukan benda di B sejauh s dari

A dan kecepatan benda berubah menjadi V2.

Karena gaya F, benda bergerak dipercepat beraturan, sehingga berlaku hubungan:

| s = V1 . t = ½ a . t2 | (a)

Karena V2 = V1 + a . t.

Dengan substitusi persamaan a ke persamaan b didapatkan:

Jadi, usaha yang dilakukan oleh suatu gaya terhadap sebuah benda sama dengan perubahan

energi kinetik benda itu,menyimpulkan bahwa.Usaha dapat bernilai positif dan dapat pula

bernilai negatif. Oleh karena itu, energi kinetik dapat juga bernilai positif ataupun negatif.

Sehingga, ada dua kemungkinan berikut:

1) Jika W > 0 maka ∆ Ek > 0

Itu berarti bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya sama dengan penambahan energi kinetik

benda.

2) Jika W < 0 maka ∆ Ek < 0

Itu berarti bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya sama dengan pengurangan energi kinetik

benda.

c. Energi Potensial

“secara umum energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda atau dalam

suatu keadaan tertentu”. Contoh energi potensial terdapat dalam air terjun, dalam batu bara,

dalam tubuh kita terdapat energi potensial.

Energi potensial yang tersimpan dalam air yang berada diatas suatu tebing baru bermanfaat

ketika diubah menjadi energi panas melalui pembakaran. Energi potensial dalam tubuh kita akan

6

bermanfaat jika kita mengubahnya menjadi energi gerak yang dilakukan oleh otot-otot tubuh

kita.

“Dalam pengertian yang lebih sempit, atau dalam mekanika, energi potensial adalah energi yang

dimiliki benda karena kedudukan atau keadaan benda tersebut”. Contoh energi potensial dalam

pengertian ini adalah energi potensial gravitasi dan energi potensial elastik. Energi potensial

gravitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan tanah.

Sedangkan energi potensial elastik dimiliki oleh misalnya karet ketapel yang diregangkan.

Energi potensial elastik pada karet ketapel ini baru bermanfaat ketika regangan tersebut

dilepaskan sehingga menyebabkan berubahnya energi potensial elastik menjadi energi kinetik

(kerikil di dalam ketapel terlontar).

d. Energi Potensial Gravitasi

Benda yang berada pada ketinggian h mempunyai potensi untuk melakukan usaha sebesar m . g .

h. Oleh karena itu, dikatakan bahwa benda itu mempunyai energi potensial gravitasi.Jadi,

semakin tinggi kedudukan benda dari tanah maka semakin besar energi potensialnya.Dengan

demikian, kita definisikan bahwa energi potensial gravitasi suatu benda adalah hasil kali

beratnya dan ketinggianya h, sehingga dapat ditulis Keterangan :

Ep = energi potensial gravitasi (J)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (ms-2)

h = ketinggian benda dari acuan tanah (m)

e. Energi Mekanik

”energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik suatu benda pada suatu

saat”.Energi mekanik dirumuskan:

Keterangan:

Em = energi mekanik (J)

Ep = energi potensial (J)

Ek = energi kinetik (J)

7

f. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Benda sampai di titik A pada ketinggian hA memiliki kecepatan VA. Setelah sampai di titik B,

pada ketinggian hB benda bergerak dengan kecepatan VB.

Jika gaya berat benda w = m . g, usaha gaya berat benda selama jatuh dari A sampai B . Jadi,

hukum kekekalan energi menyatakan bahwa, jika suatu benda hanya dipengaruhi gaya-gaya

konservatif maka energi mekanik itu dimanapun posisinya adalah konstan (tetap).

g. Daya

Daya didefinisikan sebagai usaha yang dilakukan oleh sebuah benda persatuan waktu. Jadi, daya

(P) dihitung dengan membagi usaha (W) yang dilakukan terhadap selang waktu lamanya

melakukan usaha (t).Karena usaha merupakan hasil perkalian antara gaya dengan perpindahan

(W = F.∆x)

h. Satuan Daya

Satuan usaha dalam SI adalah joule (J), sedang satuan waktu adalah sekon (s). Jadi satuan SI

untuk daya adalah Satuan daya dalam SI adalah watt (W) untuk menghormati James Watt (1734

– 1819), seorang ahli permesinan asal Skotlandia yang berhasil menemukan mesin uap. Dengan

demikian:

Satu watt adalah daya yang kecil.Oleh karena itu, daya sering dinyatakan dalam satuan SI yang

lebih

besar, yaitu kilowatt (kW) dan megawatt (MW).

1 kW=105 W = 1000 W

1 MW=106 W = 1000000 W

8

Aplikasi Usaha Dalam Kehidupan

1. Mendorong rumah usaha yang sia-sia. Nilai W = 0 N

2. Mendorong mobil mogok, menarik gerobak, memukul orang W ada nilainya.

3.       Katrol menggunakan keuntungan mekanis (KM)

Usaha yang dilakuakn oleh gaya tetap ( besar maupun arahnya ) didefenisikan sebagai hasil

perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah perpindahan

tersebut.

Contoh :

a.     Seseorang menarik kotak pada bidang datar dengan tali membentuk sudut  terhadap

horizontal

b.    Gaya F membentuk sudut  terhadap perpindahan

9

BAB III

PENUTUP

3.1 Keseimpulan

1. Pengertian usaha dalam fisika selalu menyangkut tenaga atau energi. Apabila sesuatu

(manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang melakukan usaha itu harus

mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan.

2. Energi menyatakan kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu sistem (manusia, hewan,

atau benda) dikatakan mempunyai energi jika mempunyai kemampuan untuk melakukan

usaha

3. Aplikiasi usaha dan energi dalam kehidupan sehari-hari yaitu seperti mendorong rumah

usaha yang sia-sia. Nilai W = 0 N, mendorong mobil mogok, menarik gerobak, memukul

orang W ada nilainya.

10

DAFTAR PUSTAKA

http://gumimari.blogspot.co.id/2014/05/makalah-usaha-dan-energi.html

Nurazizah, Siti. 2007. Acuan Pengayaan Fisika SMA Kelas XI Semester 1. Solo: Nyata Grafika

Media Surakarta.

Resnick, Halliday. 1985. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga

11