1. Pada saat atlet angkat besi mengangkat beban, sebetulnya ia sedang
melakukan kerja pada beban yang disimpan sebagai energi potensial.
67
Bab
3
Usaha, Energi, dan Daya
A. Gaya Dapat
Melakukan Usaha
B. Energi dan Usaha
C. Gaya Konservatif dan
Hukum Kekekalan
Energi Mekanik
D. Daya
Hasil yang harus Anda capai:
menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik.
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
5A79 B171C 492DCD8;1 =1DB91 411= =51;D;1 1;C9E9C1BH1
B581A9 81A9
1H1; 1;C9E9C1B 1;C9E9C1B @A9=5A =1DB91 H17 =5=2DCD8
;1 55A79 B5@5AC9 =5=1B1; =53D39 @1;191 41 B521719 BD=25A
@55A171 @141 =11= 81A9
,519 1;C9E9C1B @A9=5A 21H1; 1;C9E9C1B
19H1H17=5=2DCD8;155A79491C1A1H1?18A171
*141 71=21A 49
1C1B B5?A17 1C5C B5417 =5717;1C 2521 H17 B171C 25A1C
C5C
C5AB52DC 81ADB 41@1C =57D;DA 1@1;18 91 =1=@D 1C1D C941; =5717;1C
2521 C5AB52DC
,51=1 @A?B5B 1C981 1C5C C5AB52DC 81ADB =5789CD7
25A1@121H1;;1?A9H1781ADB91;?BD=B9BD@1H1 411=@5A?=21191
41@1C =5717;1C 2521 H17 49979;1
11= 212 99 1;1 492181B C5C17 DB181 55A79 41H1 41
8D2D71 1C1A1 ;5C971H1
%?B5@ 9B9;1 C5C17 DB181 55A79 41
41H1 99 21H1; B5;19 1@9;1B9H1 411= ;5894D@1 B581A9 81A9
Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
• menganalisis hubungan antara usaha, perubahan energi dan hukum
kekekalan energi mekanik;
• menerapkan hukum kekekalan energi mekanik untuk menganalisis gerak
dalam kehidupan sehari-hari.
5. J
, K
$51B;145712181B141B549A9@575AC91DB181
4155A79
@1;18 @141 B52D18 2?1 H17 1;1 49C5417
C5A41@1C55A79@?C5B91
Gambar 3.1
Togar melakukan usaha(W) dengan
mentransfer energi melalui gaya
dorong F sehingga mobil berpindah
sejauh s.
F
s
,52DC;1 3?C?8 3?C?8 @55A1@1 D;D=
%5;5;115A79H1714149B5;9C1A41
@1@5A2541141H14155A79
Tes Kompetensi Awal
Gambar 3.2
(a) Usaha oleh gaya F yang
membentuk sudut terhadap
perpindahan benda s.
(b) Penguraian vektor F menjadi
komponen-komponennya.
F sin
F cos
2
arah perpindahan
F
s
1
6. w
F
Usaha, Energi, dan Daya 69
,52D1871H1C5C1@B525B1A(25;5A:1@141B52D182541H1725A=1BB1;7
$9;1
BD4DCH174925CD;1C1A171H1412941741C1A14118J25A1@1DB181H17
491;D;171H19CDC5A8141@2541B51=145C9;
$8$%
9;5C18D9 (';7 J
), '
3?B
'
(3?B
;7
=B
2
28. =B
(
=1;1 ,
(=$
$149DB181H17491;D;171H1C5AB52DC14118$
Tokoh
James Prescott Joule
(1824–1907)
Sumber: Jendela Iptek, 1997
James Prescott Joule lahir di Salford,
Inggris. Ia adalah fisikawan kenamaan
Inggris yang berperan dalam
perumusan Hukum Kekekalan Energi.
Pada 1840, Joule mendeklarasikan
sebuah hukum, yang dikenal sebagai
Hukum Joule, yaitu tentang panas
yang diproduksi dalam konduktor
listrik. Untuk menghormati jasa-jasanya,
nama Joule digunakan
sebagai satuan energi dan usaha.
Contoh 3.3
70 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
F
N
fk
s
w
,
1
2 -
12
=BB
56. F = s F(t)
s1 s s2
F
Gambar 3.5
Pada besar F konstan, W = luas
daerah di bawah kurva F(t).
s1 s2 s
s
s
F d s
Usaha, Energi, dan Daya 71
,
, K
9=
,
K
,
9=
9=
,
,5@?C?7 21?; ;1HD H17 =1BB1H1 ;7
C5A5C1;491C1B2941741C1A
%5=D491
21?;;1HDC5AB52DC=5711=975A1;DADB
H1749B5212;1?5871H1H1725B1AH1
25AD218 D218C5A8141@;54D4D;121?;
B5@5AC9C1=@1;@14171=21A
-5CD;1C?C1
DB181 H17 491;D;1 71H1 @141 21?;
8977125A@9418B5:1D8=
$8$%
D1BCA1@5B9D=
65. $
Gambar 3.6
Grafik gaya (F) terhadap
perpindahan (s) dengan gaya (F)
tidak konstan atau berubah-ubah.
F (N)
B C
D E G
A 2 4 5 7 s
–40 F
Gambar 3.7
Usaha merupakan luas daerah
arsir di antara s1 dan s2 pada
kurva antara gaya F dan
perpindahan s.
2. Menentukan Usaha dari Grafik Gaya Terhadap
Perpindahan
*141DA191B525D=H171H1H17497D1;125A919;?BC1DCD;
=5781B9;1 DB181 @141 2541 H17 25A@9418 B5:1D8 ,
$9;1 41 =5=2D1C 7A169; C C5A8141@ , @5A@94181 @141 71H1
;?BC1 41 1;1 =5=@5A?58 7A169; B5@5AC9 @141 $/%$3
69. ,
, ,
,
, ,
K
AC99C57A1@141(34$/$$0
;14118D1B415A18H17491AB9A
49 1C1A1 ;DAE1 25B1A 71H1 41 25B1A @5A@94181 ,
Contoh 3.4
s
F
Kata Kunci
• usaha negatif
• usaha nol
• usaha positif
s
s1 s2 s
F
2
1
78. Vt V0
F
A s B
Gambar 3.8
Besar usaha yang dilakukan oleh
pengemudi becak sama dengan
besar gaya yang bekerja pada becak
dikalikan dengan besar
perpindahannya.
Usaha, Energi, dan Daya 73
41 C518 =575C18D9 218F1 DB181 14118 @A?B5B CA1B65A 55A79
=51D9 71H1 B589771 2541 25A75A1;
%5C9;1 2541 25A75A1; 2541
=5=99;9 ;535@1C1 41 =5781B9;1 55A79 ;95C9;
5A41B1A;1
(34$/$$0
; 55A79 ;95C9; 2541 49H1C1;1 4571
%
'/ K
79. %5C5A171
% 55A79 ;95C9; $
' =1BB1 2541 ;7
/ ;51:D1 2541 =B
571 45=9;91 ;4;
K
$149DB181H174981B9;171H1A5BDC1@141@1AC9;5C5AB52DCB1=1
4571 @5AD2181 55A79 ;95C9; @1AC9;5
; K
(34$/$$0
; 49;51 4571 C5?A5=1 DB181 55A79 DCD; @1AC9;5
Tugas Anda 3.1
Amatilah perubahan energi yang
terjadi di sekitar Anda. Diskusikanlah
hal tersebut bersama teman Anda,
apakah perubahan energi yang terjadi
akan memengaruhi usaha yang
dilakukan?
Contoh 3.5
,52D18;55A5725A=1BB1
101. ==
Gambar 3.12
(a) Farid memindahkan balok ke
ketinggian h menggunakan
bidang miring, sedangkan
(b) Samuel menggunakan katrol
dengan lintasan vertikal.
Samakah usaha yang dilakukan
keduanya?
h
1
A
B
102. Tantangan
untuk Anda
Gambar 3.13
(a) Keadaan awal benda dalam
posisi seimbang.
(b) Pegas ditarik sejauh
simpangan y2.
(c) Posisi benda kembali ke titik
setimbang karena gaya
pegas F = –ky2.
1
*5AD218155A79@?C5B91
p E '!K;7
137. %5C9;1 @571B 495@1B;1 @571B 1;1 =51;D;1 75A1; 81A=?9;
,51=1 @5A75A1;1H1 @571B =5711=9 @5AD2181 55A79 ;95C9;
=5:149 55A79 @?C5B91 @571B 1C1D B5219;H1
-941; B51=1H1 @571B
=51;D;1 75A1; 81A=?9; @571AD8 71H1 D1A 1;1 =5=2D1C @571B
25A85C9 @141 @?B9B9 ;5B5C9=2171
1 2 3
y2'
y2
y1=0
Contoh 3.8
Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik, 1998
Perhatikan gambar di atas. Jika
seorang ahli gizi menyatakan
bahwa pada pizza isi daging dan
keju tersebut mengandung energi
16 megajoule, bagaimana
pendapat Anda jika dikaitkan
dengan konsep Fisika? Bagaimana
cara mendapatkan angka tersebut?
138. Kata Kunci
• energi kinetik
• energi potensial
x
m
v
m
v
m
k
1
2
3
licin
x1
x2
x = x2 – x1
licin
licin
Usaha, Energi, dan Daya 77
Contoh 3.9
*571B25AC1=218@1:17
206. J,
'!, ;
ha
hb hc
A
B
b
C
s
30°
Contoh 3.11
Contoh 3.12
Tugas Anda 3.3
Apakah Anda tahu olahraga bungee
jumping? Selidikilah Hukum Kekekalan
Energi yang bekerja saat orang
melakukan bungee jumping.
207. Pembahasan Soal
32
Dua buah benda A dan B yang
bermassa masing-masing m, jatuh
bebas dari ketinggian h meter dan 2h
meter. Jika A menyentuh tanah
dengan kecepatan v m/s, benda B akan
menyentuh tanah dengan energi
kinetik sebesar ....
a. mv2 d. 1
2 mv2
b. mv2 e. 1
4 mv2
c. 3
4 mv2
Soal UMPTN Tahun 1989
Pembahasan:
hB = 2hA
Berarti, EpB = 2 EpA
Sesuai dengan Hukum Kekekalan
Energi Mekanik maka
EpB – EpA = EkA – EkB
EkB = 2 EkA
= 2 1
2
mv2
= mv2
Jawaban: b
Usaha, Energi, dan Daya 81
'5AD:D;@A9B9@55A7949;5C18D9218F1
-)-
% B58977149@5A?58
*!,!+/!,%
'/
4/
K
%
'!,K
3'!, k
'
249. ,!
$149@5A35@1C121?;49C9C9;14118,!
Kata Kunci
• energi mekanik
• gaya konservatif
• gaya sentripetal
• kelajuan minimal
• konstanta pegas
Tes Kompetensi Subbab C
(3,$-$0.$*'$.$/%6-6.$5+*$0
@1;18H1741;5C18D9C5C1771H1;?B5AE1C96
4171H1C941;;?B5AE1C96
@1;188D;D=;5;5;1155A79=5;19;25A1;D
@141B52D182541:9;171H1;?B5AE1C9625;5A:1@141
2541C5AB52DC
D12D18254141H1725A=1BB1=1B97 =1B97
':1CD82521B41A9;5C97791=5C5A41=5C5A
$9;1=5H5CD8 C118 4571 ;535@1C1 /=B
C5CD;118 55A79 ;95C9; 2541 B11C 1;1
=5H5CD8C118
,52D1821?;25A=1BB1;7=D1 =D1491=
1?;
C5AB52DC;5=D49149:1CD8;141A9BD1CD;5C97791
3=@141B52D18@571BH17;?BC1C171H1H1
251. (=
$9;1!=B25A1@1=5C5A@571BC5AC5;1
-?5 =5=9418;1 2D;D 41A9 1C19 ;5 1C1B =5:1
5A1@1DB181C?C1H1749C5A9=1?582D;DC5AB52DC
-97121CD21C1H17C521H13=495C1;;1491C1B
B52D18 =5:1
9CD718 DB181 DCD; =5D=@D;
;5C97121CD21C1C5AB52DC411=B1CDCD=@D;1:9;1
=1BB1B5C91@21CD21C1
;7
A
v
B
NB mg
R
hA
C
317. .B181C?C1H17491;D;1?5871H1;?B5AE1C96
81H1=5=@5A81C9;1;514111F141;51411
1;89A@?B9B925419C1B1C941;=5=571AD89
1H1 14118 DB181 H17 491;D;1 ?58 2541
B5C91@B5;?1C1D1:D55A79H1725AD218=5:149
55A7925CD;19
Refleksi
4$*$0(3)+'$0$:$
.B181*5AD21815A79
Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapat
memahami konsep usaha, energi, dan daya. Anda juga
tentu dapat mengetahui hubungan antara usaha, energi,
dan daya. Nah, dari materi-materi bab ini, bagian
manakah yang Anda anggap sulit? Coba diskusikan
dengan teman atau guru Fisika Anda.
Dengan mempelajari konsep usaha, Anda dapat
menentukan usaha dengan menentukan lintasan yang
lebih efisien untuk dilakukan. Hal tersebut adalah salah
satu manfaat mempelajari bab ini. Coba Anda sebutkan
manfaat lain setelah mempelajari bab ini.
Peta Konsep
5A79%95C9; 5A79*?C5B91
D;D=%5;5;11
5A79'5;19;
5A79*?C5B91
!A1E9C1B9
5A79*?C5B91
*571B
=5=2181B
8D2D71H1
=5=2181B
=5=2181B
318. Tes Kompetensi Bab 3
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan.
,1CD1 B1CD125A9;DC99H17-#%C5A=1BD;B1CD1
DB18114118
1
5FC?=5C5A
2
:?D5
3
;7=BK
4
;7=B
5
;7=B
5B1A1 25B1A125A9;DC99-#%=5=99;9B1CD1B1=1
14118
1
DB181 55A79
2
DB181 55A79;95C9;
3
55A79@?C5B91 55A79;95C9;
4
C5171 DB181
5
71H1 DB181
,52D182541=1BB1H1;7411=;51411491=
%5=D4912541C5AB52DC4925A971H1C5C1@B525B1A
362. $
5
$
88 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
*14129417=9A9741939495@1B;12541
C1@1 ;535@1C1 1F189771 2541 25A141 49;1;9
29417=9A97B5:1D8=
$9;1B9
436. 90 Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
,52D18254125A=1BB1;74971CD74571B5DC1B
C19H17@1:17H1=
.:D7C19H1719499;1C
@141179C 179C
54149@D;DB58977125A75A1;
4571;535@1C1C5C1@ =B
5A1@1;1825B1A
BD4DC=1;B9=D=H174925CD;C19C5A8141@1A18
E5AC9;1
?1H17=1BB1H1
455. =
A
B
C
hA
hB
hC
lintasan
roller coaster
$9;171H175B5;+)+),-+419C1B1H1491219;1
C5CD;1 ;51:D1 +)+ ),-+ @141 ;54D1 C9C9;
C5AB52DC
v0
vx
vy
v
0
120 m gedung
B
A
vx
vy v
lantai gedung