MATERI IPA KELAS 8 USAHA, ENERGI, DAN PESAWAT SEDERHANA

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melakukan aktivitas yang tanpa sadar melibatkan konsep usaha, energi dan penggunaan alat bantu. Mulai dari mendorong meja, mengayuh sepeda, sampai menggunakan tuas untuk mengangkat benda berat, semua ini berkaitan erat dengan prinsip fisika yang penting. Materi usaha, energi, dan pesawat sederhana bukan hanya bagian dari pelajaran di sekolah, tetapi juga menjadi dasar banyak teknologi yang kita gunakan saat ini. Dalam blog ini, kita akan mangulas konsep-konsep tersebut dengan bahasa yang mudah dipahami, serta contoh nyata yang relevan dengan kehidupan sehari-hari.

Usaha

Usaha adalah energi yang disalurkan supaya berhasil menggerakkan atau menggeser benda dengan gaya tertentu. Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Artikel ini akan membahas lebih lanjut tentang pengertian usaha.

Pengertian Usaha

Usaha merupakan konsep yang terkait dengan perpindahan atau perubahan posisi suatu benda atau sistem. Dalam fisika, usaha dapat diartikan sebagai hasil dari gaya yang diberikan pada benda sehingga benda tersebut bergerak sejauh tertentu. Secara matematis, usaha (W) dapat dihitung dengan rumus:

W = F . s

Keterangan:

W = Usaha (J)

F = Gaya (N)

s = Perpindahan (m)

Di mana, gaya dinyatakan dalam newton (N) dan jarak dinyatakan dalam meter (m). Satuan usaha dalam Sistem Internasional (SI) adalah joule (J). Joule merupakan satuan yang digunakan untuk mengukur energi. Namun, dalam beberapa kasus, kita juga dapat menggunakan satuan lain seperti kalori (cal).
Meskipun besaran skalar, usaha ternyata dibagi menjadi dua, yaitu usaha positif dan negatif. Usaha positif adalah usaha yang searah dengan perpindahan benda, sedangkan usaha negatif adalah usaha yang berlawanan arah dengan perpindahan benda. Usaha tidak selamanya dilakukan pada bidang datar, tetapi bisa juga pada bidang miring. Berikut ulasannya:

a. Usaha pada bidang datang

Gambar diatas menunjukkan bahwa ada suatu gaya yang dibutuhkan untuk menarik benda sampai pindah sejauh s. Jika gaya tersebut membentuk sudut θ terhadap perpindahan, perumusan nya menjadi seperti berikut.

W = (F COS)s

= Fs COS

b. Usaha pada bidang miring

Jika usaha yang dilakukan benda diatas bidang miring, kita harus mampu menguraikan komponen gaya-gayanya, seperti gambar berikut:

Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:

W = (mg ) s

= mgs

Energi

Pengertian Energi

Energi adalah kemampuan suatu sistem melakukan kerja. Dalam fisika, energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lainnya, tetapi jumlahnya tetap.

Macam-macam Energi

Terdapat beberapa macam energi yang penting untuk kamu ketahui, antara lain:

1. Energi kinetik

Energi kinetik adalah yang dimiliki oleh benda yang bergerak. Benda bergerak memiliki energi kinetik karena adanya kecepatan. Secara matematis bergerak memiliki energi kinetik karena adanya kecepatan. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut

Ek =

Keterangan:

Ek = Energi kinetik (Joule)

m = massa (kg)

v = kecepatan (m/s)

2. Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena ketinggiannya. Secara matematis, energi potensial dirumuskan sebagai berikut.

Ep = mgh

Keterangan:

Ep = energi potensial (Joule)

m = massa (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian benda (m)

3. Energi mekanik

Energi mekanik adalah energi hasil penjumlahan antara energi potensial dan energi kinetik. Besarnya energi benda selalu tetap selama tidak ada gaya luar yang bekerja pada benda tersebut. Secara matematis, energi mekanik dirumuskan sebagai berikut.

Em = Ep + Ek

Keterangan:

Em = energi mekanik (Joule)

Ep = energi potensial (Joule)

Ek = Energi kinetik (Joule)

Pesawat Sederhana

Pengertian Pesawat Sederhana

Pesawat sederhana adalah alat atau mekanisme yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia dengan memanfaatkan prinsip mekanika secara sederhana. Pesawat sederhana umumnya terdiri dari beberapa komponen yang bekerja berdasarkan hukum-hukum fisika dasar. Dalam mempelajari pesawat sederhana, kamu akan mengenal istilah berikut ini;

Titik beban, yaitu tempat melekatnya beban

Titik kuasa, yaitu tempat diberikannya gaya kuasa

Titik tumpu, yaitu titik yang menjadi tumpuan beban dan sifatnya tetap

Macam-macam pesawat sederhana

1. Pengungkit

Keterangan:

F = gaya kuasa (N)

w = beban (N)

Lk = lengan kuasa (m)

Lb = lengan beban (m)

Prinsip Pengungkit adalah dengan gaya kecil, berat beban mampu dipindahkan. Coba perhatikan gambar di atas, kira-kira bagaimana cara memperkecil gaya?

Gaya bisa diperkecil dengan cara memperpendek lengan beban. Jika lengan bebannya pendek, maka lengan kuasanya akan semakin panjang. Semakin panjang lengan kuasa, semakin kecil gaya yang dibutuhkan. Secara matematis, hubungan antara F,w, Lk, Lb dirumuskan sebagai berikut.

F x Lk = w x Lb

F =

F = w x

Berdasarkan posisi titik tumpu, titik beban, dan titik kuasanya, pengungkit dibedakan menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Pengungkit jenis 1

Pengungkit jenis 1 adalah pengungkit yang titik tumpunya berada di antara titik beban dan titik kuasa. Jenis ini merupakan bentuk dasar dari suatu pengungkit. Contoh pengungkit jenis 1 adalah jungkat-jungkit, guntin, tang, palu linggis, dan sebagainya.

b. Pengungkit jenis 2

Suatu pengungkit dikatakan berjenis 2 jika titik bebannya berada di antara titik tumpu dan titik kuasa. Contoh pengungkit jenis 2 adalah gerobak dorong, pembuka tutup botol, pemecah kemiri, dan sebagainya.

c. Pengungkit Jenis 3

Pengungkit jenis 3 adalah pengungkit yang memiliki titik kuasa di antara titik beban dan titik tumpu. Contoh pengungkit jenis 3 adalah pinset, alat pancing, stapler, lengan saat memegang benda, dan sebagainnya.

Saat menggunakan pengungkit, sebenarnya mendapatkan sebuah keuntungan. Keuntungan itu disebut sebagai keuntungan mekanis. Secara matematis, keuntungan mekanisnya dirumuskan sebagai berikut:

Dengan KM = Keuntungan Mekanis

2. Bidang Miring

Bidang miring adalah pesawat sederhana yang berupa papan/ bidang yang dibuat miring. Bertujuan untuk memprkecil usaha saat memindahkan beban yang berat. Semakin landai bidang miring, gayanya semakin besar.

Keterangan:

F = gaya (N)

w = beban (N)

h = tinggi papan (m)

s = panjang papan (m)

Secara sistematis, hubungan antara F, w, h, dan s dirumuskan sebagai berikut.

F x s = w x h

3. Katrol

Katrol adalah pesawat sederhana berupa roda beralur yang dikelilingi oleh tali. Prinsip kerja katrol adalah mengubah arah kerja gaya sehingga beban bisa terangkat dengan mudah. Katrol memiliki kesamaan dengan pengungkit, terdiri dari titik tumpu, titik kuasa, dan titik beban. Katrol dibagi menjadi tiga, yaitu sebagai berikut.

a. Katrol tetap

Katrol tetap adalah katrol yang posisinya selalu tatap saat digunakan. Contoh katrol tetap bisa kamu lihat di gambra berikut.

Berdasarkan gambar di atas, O berperan sebagai titik tumpu, B sebagai titik beban, dan A sebagai titik kuasa. Dengan demikian, OB = lengan beban dan OA = lengan kuasa. Katrol jenis ini biasa digunakan sebagai pengerek timba di sumur. Keuntungan mekanis katrol tetap, dirumuskan sebagai berikut.

Oleh karena besarnya gaya kuasa digunakan sepenuhnya untuk menarik beban w, maka F = w. Artinya, keuntungan mekanis katrol tetap bernilai 1.

b. Katrol bergerak

Katrol bergerak adalah katrol yang ikut bergerak/ berubah posisi saat digunakan. Contoh katrol bebas bisa kamu lihat di gambar berikut.

Berdasarkan gambar di atas, B berperan sebagai titik tumpu, O sebagai titik beban, dan A sebagai titik kuasa. Dengan demikian, BO = lengan beban dan BA = lengan kuasa. Keuntungan mekanis katrol bergerak adalah 2 karena beban ditopang oleh 2 tali. Katrol jenis ini biasa dipakai untuk mengangkat adonan semen ke lantai atas pada saat pembangunan gedung atau rumah.

c. Katrol majemuk

Katrol majemuk adalah perpaduan antara katrol tetap dan katrol bergerak. Semakin banyak katrol yang digunakan, semakin mudah digunakan untuk mengangkut suatu barang. Keuntungan mekanis katrol majemuk bisa dilihat dari banyaknya tali. Contohnya sebagai berikut.

Katrol majemuk di atas terdiri dari dua katrol bergerak dan 1 katrol tetap. Ketiga katrol dihubungkan oleh sebuah tali sedemikian sehingga terbentuk tiga lilitan tali sesuai nomor di atas, yaitu 1, 2, dan 3. Oleh karena itu, keuntungan mekanisnya = 3.