Contoh Soal Usaha dan Daya Mekanik - Energi mekanika, dan kekekalan bagiannya, secara langsung diasosiasikan dengan tipe-tipe gaya yang memproduksi usaha terkait dalam suatu sistem. Pertama, dari definisinya, gaya dipertimbangkan sebagai konservatif bila usaha yang diberlakukan pada suatu objek dalam suatu perjalanan ulang-alik bernilai nol, dan lebih jauh, bila usaha ini tidak tergantung pada jalur yang diikuti dalam perjalanan ulang-alik tersebut. Gambar 1 menggambarkan situasi nyata untuk suatu gaya konservatif, seperti gaya gravitasi, yang mana syarat-syarat yang disebutkan sebelumnya telah terpenuhi.
Tentang:
Contoh Soal Fisika
Dalam contoh ini,
Namun, ada juga gaya non-konservatif, seperti gesekan; dalam kasus gaya ini energi mekanika tidak kekal. Dalam sistem semacam ini, dimana gaya gesekan diterapkan, hasilnya adalah perubahan energi ke bentuk lain seperti menjadi panas. Perlu diingat, bahwa energi mekanika adalah jumlah dari gabungan energi kinetik dan energi potensial dalam sistem kita. Ketika energi mekanik kekal, maka energi kinetik awal digabung dengan energi potensial awal akan menjadi sama besar dengan energi kinetik dan potensial akhir, atau dalam istilah matematika dikenal dengan istilah,
Karena itu, dibawah keberadaan gaya gesekan kita dapat menulis bahwa:
Wgesekan= ΔE.
Pada umumnya, ketika kita ingin menemukan kerja suatu gaya dalam sistem kita, ada dua cara untuk mengenalinya. Pertama, dengan menerapkan definisi usaha,
WF=FΔx
atau kedua, dengan menerapkan teori kinetik. Ini semua tergantung pada angka-angka yang diketahui dalam latihan. Lebih lanjut, dengan menerapkan kekekalan pada energi mekanika ketika kita berhadapan dengan gaya konservatif, kita dapat menghitung nilai awal atau nilai akhir dari energi kinetik dan energi potensial gaya tersebut.
Mari kita lihat contoh berikut.
Bayangkan suatu objek (mobil mainan) bergerak turun kebawah dari suatu bidang miring (dari 300) seperti terlihat pada gambar di atas. Ada 2 gaya yang berlaku pada mobil: yaitu gaya gravitasi dan gaya karena gesekan. Gesekan berdasar definisinya selalu berlawanan arah dengan arah gerakan objek. Namun berat B perlu juga dianalisa lebih detail hingga ke komponen-komponen utamanya: Bx yang paralel terhadap gerak (dan yang menyebabkan terjadinya perpindahan mobil), dan By yang tegak terhadap sumbu bidang datar, hingga karenanya nilai usaha adalah nol. Yang ingin kita hitung adalah besar usaha dari gesekan. Pada kasus dimana berat gaya gesekan telah diketahui, maka hasil kerjausaha seharusnya menjadi :
Wgesekan=TΔx.
. Perlu diingat bahwa arah gesekan akan selalu berlawanan arah dengan arah gerakan objek sehingga hasil usaha akan selalu berlambang negatif. Cara lain untuk menemukan jumlah kerja usaha adalah dengan menerapkan teori Kinetik :
Lebih lanjut, kita dapat menggunakan persamaan berikut
Wgesekan= ΔE.
. Kita memakai persamaan untuk kekekalan energi kinetik, dan karena gesekan merupakan gaya yang non- konservatif, maka sisa dari energi mekanika akan sama besar dengan hasil usaha karena gesekan.
Tetapi bagaimanapun, strategi kita dalam memecahkan masalah yang berkaitan dengan usaha, energi, dan daya tergantung pada nilai angka-angka yang telah kita ketahui dalam latihan kita.
S1
Asumsikan bahwa suatu objek dengan massa seberat 2 kg bergerak searah dengan garis mendatar seperti yang terlihat pada gambar. Pada t=0 detik, suatu gaya sebesar F = 5 N diterapkan pada objek sehingga kecepatan awalnya bertambah dari sqrt(2) m/detik ke v. Bila objek menempuh jarak sejauh 6 m, berapakah kecepatan akhir dari objek tersebut?
S2
Bayangkan bahwa suatu objek dengan massa seberat 5 kg bergerak sejajar dengan garis mendatar dan dengan kecepatan awal sebesarf u0=1 m/detik.  seperti yang terlihat pada gambar di atas. Pada titik tertentu, suatu gaya F diterapkan pada objek selama waktu putaran 5 detik. Berapakah besar daya yang dikirim gaya ke objek bila jarak yang tertempuh adalah s = 10 m?
S3
Asumsikan bahwa suatu objek dengan massa sebesar 2 kg bergerak sejajar dengan garis mendatar seperti yang terlihat pada gambar di atas. Pada kecepatan t = 0 detik, suatu gaya sebesar F = 5 N diterapkan pada objek dan oleh karenanya, kecepatan awalnya bertambah dari 1 m/detik ke 5 m/detik. Bila objek bergerak sejauh 10 m, berapakah besar gesekan yang terjadi pada objek?
S4
Sebuah mobil mainan dibiarkan bergerak sejajar pada suatu bidang miring 300. Ketika mobil akhirnya menyentuh dasar bidang pada ketinggian h = 8 m diatas tanah, kecepatannya adalah 10 m/detik. Bila gaya gesekan bernilai 10 N, hitunglah besar massa objek. Anggap bahwa percepatan gravitasinya adalah g = 10 m/detik2.
S5
Sebuah mobil mainan seberat m = 1 kg dibiarkan bergerak sejajar pada bidang miring 300. Ketika mobil akhirnya menyentuh dasar bidang yang berketinggian h = 5 m diatas permukaan tanah, kecepatannya adalah U. Dengan beranggapan bahwa gesekan adalah sebesar 1 N, hitunglah jumlah total daya yang diproduksi oleh gaya hingga mobil menyentuh tanah. Anggap bahwa daya percepatan gravitasi adalah g = 10 m/detik2
S6
Sebuah mobil mainan dengan kecepatan tetap sebesar v0=10 m/detik mencoba mendaki bidang miring (θ = 300) seperti yang terlihat pada gambar di atas. Seberapa jauhkah mobil akan bergerak bila kita beranggapan bahwa gaya gesekan adalah 10 N, dan massa objek adalah 1 kg? Anggap bahwa percepatan gravitasi adalah g = 10 m/detik2.
S7
Bayangkan sebuah pompa air yang mampu menghasilkan daya total sebesar 4 KW. Berapakah jumlah air per detik yang bisa disemprotkan pompa hingga pada ketinggian h = 10 m? Anggap bahwa percepatan gravitasi adalah g = 10 m/detik2.
S8
Bayangkan sebuah pendulum yang dibiarkan bergerak bebas pada posisi mendatar. Bila diketahui bahwa 10 % energi awalnya hilang karena hambatan udara, berapakah kecepatan bola ketika akan melewati posisi terendahnya? (posisi B). Anggap bahwa panjang pendulum adalah 1 m, dan percepatan gravitasinya adalah 10 m/detik2.
S9
Sebuah bola dibiarkan jatuh bebas dibawah pengaruh beratnya dari ketinggian h = 20 m. Sekali bola menyentuh tanah, bola kehilangan 40 % energinya ketika memantul kembali ke udara. Berapakah total ketinggian yang akan dicapai bola ketika memantul kembali ke udara? Anggap bahwa percepatan gravitasi adalah 10 m/detik2.
S10
Waktunya berteori. Kita semua tahu bahwa planet-planet beredar mengelilingi semesta pada orbit yang bervariasi dalam tata surya. Menurut Anda, adakah energi yang dikonsumsi selama terjadinya pergerakan planet-planet ini?
Tidak ada komentar:
Posting Komentar