Teorema Usaha-Energi dan Hukum Kekekalan Energi

ABSENSI Sebelum kalian belajar, ingat mengisi ABSENSI terlebih dahulu. Caranya Klik berikut ini:  ABSENSI PEMBELAJARAN FISIKA

A. TEOREMA USAHA-ENERGI

TEOREMA USAHA ENERGI KINETIK : 

Keterangan : 

W : Usaha (Joule)

m : Massa benda (Kg)

v₂ = Kecepatan akhir benda (m/s)

v₁ = kecepatan awal benda (m/s)

Persamaan di atas disebut teorema usaha-energi yang dinyatakan sebagai berikut.

’’Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik pada benda tersebut, yaitu energi kinetik akhir dikurangi energi kinetik awal”.

Dari mana mendapatkan persamaan diatas? Tonton penjelasan lengkapnya mengenai Pembuktian Rumus Teorema Usaha- Energi Kinetik pada video dibawah ini.

Baca Juga : Materi Usaha dan Energi

Soal 01

Sebuah Benda bermassa 6 kg bergerak lurus berubah beraturan dengan kecepatan awal 8 m/s . Hitunglah usaha yang dilakukan setelah kecepatan benda menjadi 10 m/s!

Pembahasan 

Diketahui:

m = 6 kg

v₁ = 8 m/s

v₂ = 10 m/s

Ditanya : W ….?

Jawab :

W = ½ mv₂² - ½ mv₁²

W = ½ m(v₂² - v₁²)

W = ½ .6. (10² – 8²)

W = 3(36)

W = 108 J

Belum paham dengan contoh diatas? Simaks penjelasan contoh soal dan pembahasan teorema usaha - energi kinetik dengan menonton video dibawah ini!

B. HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi  adalah salah satu besaran fisika yang kekal. Energi tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya bisa diubah ke bentuk energi yang lain. Hukum Kekekalan Energi Mekanik menyatakan bahwa energi mekanik awal sama dengan energi mekanik akhir.  Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Contoh 01

Pada musim dingin di negara Swedia diadakan perlombaan ski es di daerah pegunungan. Pemain ski es dengan massa 40 kg meluncur dari ketinggian A seperti pada gambar. 

Jika kecepatan awal pemain ski = nol, dan percepatan gravitasi = 10 m.s^-2, maka tentukan (a) energi kinetik di B , (b) kecepatan pemain pada saat ketinggian B!

Pembahasan

Titik A adalah titik awal dan titik B adalah titik akhir, maka:

EM_A = EM_B

EK_A + EP_A = EK_B + EP_B

½mv_A² + mgh_A = EK_B + mgh_B

0 + 40(10)(50) = EK_B + 40(10)(10)

20.000 = EK_B + 4000

20.000 – 4000 = EK_B

EK_B = 16.000 J

Jadi energi Kinetik di titik B adalah 16.000 J

Sedangkan kecepatan di titik B adalah : 

Contoh 02

Benda bermassa 4 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Besarnya energi potensial di titik tertinggi yang dicapai oleh benda tersebut adalah… .

Pembahasan

Diketahui :

m = 4 kg             

v_awal = 20 m/s

v_akhir = 0 m/s (bernilai nol karena benda mencapai titik tertinggi)

h_awal = 0 m ( nol karena benda berada di dasar)

Ditanya : EP_akhir ....?

Jawab : 

EM_awal = EM_akhir

EKawal + EPawal = EKakhir + EPakhir

½mvawal² + mghawal = ½mvakhir²+ EPakhir

½(4)(20)² + 0 = 0 + EPakhir

800 J = EPakhir

EP_akhir = 800 J

SOAL EVALUASI

Soal 01

Sebuah Benda bermassa 2 kg bergerak lurus berubah beraturan dengan kecepatan awal 8 m/s dan percepatan 1 m/s². Hitunglah usaha yang dilakukan selama benda bergerak 5 detik! [Kunci : W = 105 J]

Soal 02

Sebuah balok ditahan di puncak bidang miring seperti gambar. 

Ketika dilepas, balok meluncur tanpa gesekan sepanjang bidang miring. Kecepatan balok ketika tiba di dasar bidang miring adalah ... [Kunci : v_akhir= 10 m/s]

Soal 03

Bola massanya 3 kg dilepaskan tanpa kecepatan awal dan menempuh lintasan seperti gambar.

Jika percepatan gravitasi 10 m⋅s^-2, Maka tentukan energi kinetik Titik B!

[Kunci : EK_B= 36 J]

Soal 04

Hal yang terjadi jika sebuah benda dijatuhkan tanpa kecepatan awal dan gesekan udara diabaikan adalah ..

A. Energi Kinetik Berkurang

B. Energi Kinetik Bertambah

C. Energi Potensial Bertambah

D. Energi Mekanik Bertambah

E. Energi Mekanik Berkurang 

Soal 05

Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian h dan pada saat energi kinetiknya mencapai empat kali energi potensialnya, maka tinggi benda pada saat itu adalah ...

[Kunci : h_akhir= 1/5 h]