Work and Energy In ordinary conversation the word “power” is often synonymous with “energy” or “force”. In physic, we use a much more precise definition : power is the time rate at which work is done. Like work and energy, power is scalar quantity. When a quantity of work ∆ W is done during a time interval ∆ t, the average work done per unit time or average power Pav is defined to be Pav =
∆ௐ ∆௧
(average power)
The rate at which work is done might not be constant. Even when it varies, we can define instantaneous power P as the limit of the quotient in equation of the average power as ∆t approaches zero : P = lim∆௧→
∆ௐ ∆௧
=
ௗௐ ௗ௧
(instantaneous power)
The SI unit of power is the watt (W), named for the English inventor James Watt. One watt equals one joule per second (1 W = J/s). The kilowatt (1 kW = 103W) and the megawatt ( 1 MW = 106 W) are alsocommonly used. In British system, work is expressed in foot-pounds, and the unit of power is the foot-pound per second. A larger unit called the horse power (hp). The watt is familiar unit of electrical power; a 100-W light bulb converts 100 J of electrical energy into light and heat each second. But there’s nothing inherently electrical about a watt or a kilowatt. A light bulb could be rated in horsepower, and some automobile manufactures rate their engines in kilowatts rather than horsepower. The kilowatt- hour is a unit of work or energy not power.
A.Menunjukkan Hubungan Usaha, Gaya dan Perpindahan
Usaha Oleh Resultan Gaya Tetap Ilmuwan menemukan bahwa energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya melalui tiga cara, yaitu usaha (kerja), kalor (panas), dan radiasi. Usaha/kerja
dalam
kehidupan
sehari-hari
adalah
mengerjakan
sesuatu.
Usaha/kerja dalam fisika diartikan sebagai mengubah energi. Perubahan energi yang di dalamnya terdapat penerapan gaya itulah yang disebut usaha atau kerja. Usaha/kerja juga mempunyai satuan joule dalam sistem SI dan merupakan besaran skalar seperti halnya energi. Dalam setiap gejala fisis, kerja (work) adalah hasil kali resultan gaya (force) dan perpindahan (separation), dapat dirumuskan sebagai W=∑ F . s
Dalam hal ini resultan gaya dianggap selalu bernilai tetap, sehingga usaha yang dihasilkan
adalah
usaha
yang
ditimbulkan
oleh
gaya
tetap
Besar usaha dapat ditentukan melalui grafik hubungan F – s. Perhatikan grafik berikut ini,sumbu y menunjukkan besar gaya F dan sumbu x menunjukkan besar perpindahan s.
Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F adalah W = F.s, hal itu setara dengan luas bidangsegi empat yang dinaungi kurva/garis F. Pada grafik tersebut tampak bahwa W = Luas bidang Usaha dapat bernilai nol bila salah satu atau kedua variabelnya yaitu resultan gaya dan perpindahan bernilai nol. Sebagai contoh , orang yang mendorong almari yang sangat berat, tidak melakukan usaha bila almari tidak bergerak. .
Orang yang mendorong benda yang terlalu berat hingga tidak ada perpindahan benda yang didorong, dinyatakan bahwa usaha W = 0 Demikian pula pada orang yang mendorong tembok, karena tidak ada perpindahan atau s = 0 maka dapat dikatakan bahwa usaha W =0. Usaha juga dapat bernilai nol pada kasus benda yang bergerak lurus beraturan (GLB). Misalnya sebuah kereta ekspres pada rentang waktu tertentu mempertahankan kecepatannya dengan kelajuan konstan (v = tetap). Walaupun kereta itu berpindah menempuh jarak tertentu dikatakan tidak melakukan usaha (W =0) karena resltan gaya nol (∑ F = 0). Usaha juga dapat bernilai nol apabila tidak ada gaya bekerja pada arah perpindahan. Misalnya, seorang atlet angkat besi yang sedang mengangkat beban, karena s = 0 maka dikatakan usaha yang dilakukan nol (W = 0). Seorang pedagang asongan di terminal bus yang berjalan sambil mengangkat barang dagangan dalam kotak, dikatakan W = 0 karena walaupun perpindahan kotak ada namun ∑ F yang searah perpindahan kotak bernilai 0, artinya hanya berlaku gaya berat ke bawah yang tidak memiliki proyeksi gaya searah perpindahan kotak. Usaha Oleh Resultan Gaya Tidak Tetap Usaha yang ditimbulkan oleh gaya yang berubah-ubah dengan arah yang tetap dapat ditemukan pada kejadian balok yang diikat pada pegas kemudian ditarik ke bawah sejauh x dan dilepaskan.
Pada saat tepat akan dilepaskan usaha pada kedudukan itu adalah W = ½ k x 2 Bola akan bergerak keatas sampai pegas memampat maksimum dan akan bergerak kembali ke arah berlawanan sampai pegas meregang maksimum, begitu seterusnya.
Gambar 7.3. Usaha oleh gaya yang berubah pada sistem balok terikat pada pegas Besar gaya pada pegas dapat dihitung dengan hukum Hooke yaitu F = k.y Usaha pada posisi balok tertentu dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut. W = ½ k y 2 Dimana k adalah konstanta pegas, sedangkan x adalah simpangan maksimum dan y adalah pertambahan panjang pegas terhadap kedudukan seimbangnya (pada saat y = 0)
Gaya – gaya saat menaiki tangga terdiri dari gaya gravitasi, gaya berat (m.g) yang bekerja ke bawah, dan FH yaitu gaya yang harus diberikan ke atas saat melangkah menaiki tangga. Karena percepatan dianggap sangat kecil, maka gaya– gaya horisontal yang bekerja juga sangat kecil. Arah vertikal ( h ) adalah arah positif. Hukum II Newton dapat diterapkan dalam kegiatan ini. Persamaannya adalah ∑Fh = mah . Dengan demikian, FH – mg = 0. Dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa nilai gaya yang harus diberikan ke atas saat menaiki tangga adalah sama dengan hasil perkalian antara massa seseorang dengan gaya gravitasi bumi. Untuk menghitung kerja yang dilakukan seseorang yang menaiki tangga
adalah menggunakan persamaan : WH = FH ( d Cos θ ), dengan d Cos θ = h ( tinggi tangga ). Pada kegiatan ini, kerja yang dilakukan bergantung pada perubahan ketinggan, dan bukan pada sudut bukit (θ).
Usaha atau kerja yang dilambangkan dengan huruf W (Work ‘bahasa inggris’), digambarkan sebagai sesuatu yang dihasilkan oleh Gaya (F). Ketika gaya bekerja pada benda hingga benda bergerak dalam jarak tertentu. Hal yang paling sederhana adalah apabila gaya (F) bernilai konstan (baik besar maupun arahnya) dan benda yang dikenai gaya bergerak pada lintasan lurus dan searah dengan arah gaya tersebut. Secara matematis, usaha yang dilakukan oleh gaya yang konstan didefinisikan sebagai hasil kali perpindahan dengan gaya yang searah dengan perpindahan.
Satuan Usaha dalam Sistem Internasional (SI) adalah newtonmeter. Satuan newton-meter juga biasa disebut Joule ( 1 Joule = 1 N.m). menggunakan sistem CGS (Centimeter Gram Sekon), satuan usaha disebut erg. 1 erg = 1 dyne.cm. Dalam sistem British, usaha diukur dalam footpound (kaki-pon). 1 Joule = 107 erg = 0,7376 ft.lb. Dalam ilmu fisika, daya diartikan sebagai laju dilakukannya usaha atau perbandingan antara usaha dengan selang waktu dilakukannya usaha. Dalam kaitan dengan energi, daya diartikan sebagai laju perubahan energi. Sedangkan Daya rata-rata didefinisikan sebagai perbandingan usaha total yang dilakukan dengan selang waktu total yang dibutuhkan untuk
melakukan usaha. Daya merupakan besaran skalar, besaran yang hanya mempunyai nilai atau besar,, tidak mempunyai arah. Satuan Daya dalam Sistem Internasional adalah Joule/detik. Joule/detik juga biasa disebut Watt (disingkat W), untuk menghargai James Watt. Dalam sistem British, satuan daya adalah 1 pon-kaki/detik. pon Secara matematis, hubungan antara daya, usaha dan waktu dirumuskan sebagai berikut :
Berdasarkan persamaan ini, dapat disimpulkan bahwa semakin besar laju usaha maka semakin besar pula daya. Sebaliknya, semakin kecil laju usaha saha maka semakin kecil pula laju daya. a. Yang dimaksudkan dengan laju usaha adalah seberapa cepat sebuah usaha dilakukan.
