A. Usaha

Usaha dalam fisika didefinisikan sebagai perkalian antara besarnya gaya yang menyebabkan benda berpindah dengan besarnya perpindahan benda yang searah dengan arah gaya tersebut. Secara

matematis dapat ditulis sebagai berikut.

W = F x s

Keterangan :

W= Usaha (J)

F = Gaya yang beraksi pada benda (N)

s= jarak pergeseran (m)

B. Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi

tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan melainkan hanya dapat diubah bentuknya. Perubahan energi terjadi ketika usaha sedang dilakukan. Misalnya, ketika Anda melakukan usaha dengan mendorong meja hingga meja tersebut bergeser. Pada saat proses usaha sedang berlangsung, sebagian energi kimia yang tersimpan dalam tubuh Anda diubah menjadi energi mekanik. Di sini Anda berfungsi sebagai pengubah energi (konverter energi).

1. Energi Kinetik

Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Secara umum energi kinetik suatu benda yang memiliki massa m dan bergerak dengan kecepatan v dirumuskan oleh persamaan berikut.

2. Energi Potensial

Energi potensial diartikan sebagai energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukan (posisinya). Misalnya, energi pegas (per), energi ketapel, energi busur, dan energi air terjun. Selain itu, energi potensial juga dapat diartikan sebagai energi yang tersimpan dalam suatu benda. Misalnya energi kimia dan energi listrik. Contoh energi kimia adalah energi minyak bumi dan energi nuklir.

Energi suatu benda karena kedudukannya dinamakan energi potensial. Bila energi potensial dilambangkan dengan Ep, maka persamaan matematisnya adalah sebagai berikut.

C. Hubungan Usaha dan Energi

Misalnya sebuah balok yang mempunyai massa m bergerak dengan 

kecepatan awal vo. Karena pengaruh gaya F, maka balok setelah t detik 

kecepatannya menjadi vt dan berpindah sejauh s.

Perhatikan Gambar 5.4! Apabila gaya yang diberikan kepada balok besarnya tetap, maka persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut.

Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah

Persamaan di atas merupakan hubungan antara usaha dengan energi kinetik. Hubungan tersebut secara fisis dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya sama dengan perubahan energi kinetik benda.

Bagaimana hubungan usaha dan Energi Potensial?

Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut.

D.Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi mekanik didefinisikan sebagai penjumlahan antara energi kinetik dan energi potensial.

Misalkan terdapat suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian ha diatas tanah. Pada ketinggian tersebut benda memiliki Epa = mgha  terhadap  tanah dan Eka= 0. Kemudian dalam selang waktu t benda jatuh sejauh hb  (jarak benda dari tanah ha – hb). Persamaan energi mekaniknya menjadi  seperti berikut.

Berdasarkan rumus jatuh bebas, benda yang jatuh sejauh hB memiliki kecepatan sebesar

karena itu

Persamaan di atas membuktikan bahwa energi mekanik yang dimiliki oleh suatu benda adalah kekal (tetap). Pernyataan ini disebut hukum kekekalan energi mekanik. Hukum kekekalan energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut.

Perlu digaris bawahi bahwa hukum kekekalan energi mekanik berlaku hanya jika tidak ada energi yang hilang akibat adanya gaya konservatif. Misalnya akibat gesekan udara maupun gesekan antara dua bidang yang bersentuhan. Gaya konservatif adalah gaya yang tidak bergantung pada lintasan, tetapi hanya ditentukan oleh keadaan awal dan akhir.