Usaha Energi dan Energi Potensial Pegas - Definisi, Contoh Soal, Pembahasan dan Rumus

PRINSIP USAHA-ENERGI

Jika pada peninjauan suatu soal, terjadi perubahan kecepatan akibat gaya yang bekerja pada benda sepanjang jarak yang ditempuhnya, maka prinsip usaha-energi berperan penting dalam penyelesaian soal tersebut

W _tot = DEk      ®  S F.S = E_{k akhir} - E_{k awal}

W _tot = jumlah aljabar dari usaha oleh masing-masing gaya
= W₁ + W₂ + W₃ + .......

D E_k = perubahan energi kinetik = E_{k akhir} - E_{k awal}

 

ENERGI POTENSIAL PEGAS (E_p)

E_p = 1/2 k D x² = 1/2 F_p Dx
F_p = - k Dx
Dx = regangan pegas

k = konstanta pegas
F_p = gaya pegas

Tanda minus (-) menyatakan bahwa arah gaya F_p berlawanan arah dengan arah regangan x.

2 buah pegas dengan konstanta K₁ dan K₂ disusun secara seri dan paralel:

1      =   1   +   1   (seri)
K_tot       K₁       K₂

K_tot = K₁ + K_{2 (paralel)}

Note: Energi potensial tergantung tinggi benda dari permukaan bumi. Bila jarak benda jauh lebih kecil dari jari-jari bumi, maka permukaan bumi sebagai acuan pengukuran. Bila jarak benda jauh lebih besar atau sama dengan jari-jari bumi, make pusat bumi sebagai acuan.

 

Contoh:

1. Sebuah palu bermassa 2 kg berkecepatan 20 m/det. menghantam sebuah paku, sehingga paku itu masuk sedalam 5 cm ke dalam kayu. Berapa besar gaya tahanan yang disebabkan kayu ?

Jawab:

Karena paku mengalami perubahan kecepatan gerak sampai berhenti di dalam kayu, make kita gunakan prinsip Usaha-Energi:

F. S = E_{k akhir} - E_{k awal}

F . 0.05 = 0 - 1/2 . 2(20)²

F = - 400 / 0.05 = -8000 N

(Tanda (-) menyatakan bahwa arah gaya tahanan kayu melawan arah gerak paku ).

2. Benda 3 kg bergerak dengan kecepatan awal 10 m/s pada sebuah bidang datar kasar. Gaya sebesar 20Ö5 N bekerja pada benda itu searah dengan geraknya dan membentuk sudut dengan bidang datar (tg a = 0.5), sehingga benda mendapat tambahan energi 150 joule selama menempuh jarak 4m.
Hitunglah koefisien gesek bidang datar tersebut ?

Jawab:

F_x = F cos a = 20Ö5 = 40 N

F_y = F sin a = 20Ö5 . 1Ö5 = 20 N

S F_y = 0 (benda tidak bergerak pada arah y)

F_y + N = w ®  N = 30 - 20 = 10 N

Gunakan prinsip Usaha-Energi

S F_x . S = E_k

(40 - f) 4 = 150 ®  f = 2.5 N

3. Sebuah pegas agar bertambah panjang sebesar 0.25 m membutuhkan gaya sebesar 18 Newton. Tentukan konstanta pegas dan energi potensial pegas !

Jawab:

Dari rumus gaya pegas kita dapat menghitung konstanta pegas:

F_p = - k Dx  ®  k = F_p /Dx = 18/0.25 = 72 N/m

Energi potensial pegas:

E_p = 1/2 k (D x)² = 1/2 . 72 (0.25)² = 2.25 Joule

Penjelasan Materi Lainnya

---

---