Halaman
IPA SMP/MTs Kelas VIII
191
Usaha, Gaya, dan Energi dalam
Kehidupan Sehari-hari
Setelah mempelajari materi bab ini, kamu diharapkan mampu:
1.
mengidentifikasi jenis-jenis gaya, penjumlahan gaya dan pengaruhnya pada suatu benda yang dikenai
gaya,
2.
menerapkan hukum Newton untuk menjelaskan berbagai peristiwa dalam kehidupan sehari-hari,
3.
menjelaskan hubungan bentuk energi dan perubahannya, prinsip ”usaha dan energi” serta
penerapannya dalam kehidupan sehari-hari,
4.
melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari,
5.
menyelidiki tekanan pada benda padat, cair, dan gas serta penerapannya dalam kehidupan sehari-
hari.
Bab XIII
Tujuan Pembelajaran
Kereta pada gambar di atas dapat bergerak karena mendapat gaya berupa tarikan.
Usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda memindahkan energi dari pelaku gaya kepada
benda. Pada bab ini akan dipelajari tentang hubungan antara gaya, usaha dan energi. Coba
kamu sebutkan contoh lain dalam kehidupan sehari-hari tentang gaya, usaha dan energi yang
kamu ketahui.
Sumber:
www.vipstable.com
192
IPA SMP/MTs Kelas VIII
•
gaya
•
energi
•
hukum Newton
•
benda padat, cair, dan gas
Peta Konsep
Energi
Usaha
Gaya
Energi
potensial
Energi
kinetik
Energi
mekanik
Energi dibagi
waktu = daya
Tekanan =
Hidrostatis
Udara
Kata Kunci
Hukum utama
hidrostotik
Hukum Pascal
Pesawat
Sederhana
Pengungkit
Katrol
Bidang
miring
IPA SMP/MTs Kelas VIII
193
A.
Jenis-Jenis Gaya, Penjumlahan Gaya
dan Pengaruhnya pada Suatu Benda
yang Dikenai Gaya
Seorang sopir mobil menginjak pedal rem ketika melihat kendaraan macet di depannya
sehingga mobil berhenti. Gaya rem mobil mengubah gerak mobil dari kecepatan tinggi, makin
lama makin lambat dan akhirnya berhenti.
Balok yang diam menjadi bergerak ketika ditarik, gaya tarik menyebabkan balok dari
keadaan diam menjadi bergerak. Jadi:
Gaya dapat menyebabkan terjadinya perubahan gerak, dari kecepatan tinggi menjadi
rendah atau berhenti, atau dari diam menjadi bergerak
Balok besi yang diletakkan di atas busa menyebabkan busa berubah bentuk, dawai gitar
melengkung ketika ditarik. Gaya berat balok merubah bentuk busa, gaya tarik pada dawai
merubah bentuk dawai dari lurus menjadi lengkung. Jadi, dapat kita disimpulkan bahwa:
Gaya dapat merubah bentuk benda yang menderita/mengalami gaya
1. Gaya terdiri dari gaya sentuh dan gaya tak sentuh
a. Gaya sentuh atau gaya kontak
Gaya ini muncul jika antara dua benda terjadi persinggungan atau kontak.
Contoh:
1)
Benang penggantung beban menjadi tegang,
berarti pada tali terdapat gaya tegangan tali.
Gaya ini timbul karena ada kontak antara
benda yang digantungkan, dengan tali. Bukti
adanya tegangan tali yaitu tali menjadi putus
ketika berat beban yang digantungkan pada
tali melampaui kekuatan tali.
2)
Meja tulis yang kita dorong dengan gaya
kecil/kekuatan kecil, tetap dalam keadaan
diam. Berarti meja mendapatkan gaya yang
Gambar 13.1
Gaya tegangan tali
194
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Gambar 13.2
Gaya gesekan statis
F
f
f
melawan gaya dorong, gaya itu terjadi pada
persinggungan antara lantai dan meja. Gaya
ini disebut gaya gesekan statik.
Bukti lain adanya gaya gesekan pada meja
sebagai berikut: jika meja pada lantai yang
kasar sulit didorong tetapi pada lantai yang
licin dengan mudah dapat didorong untuk
memindahkannya.
3)
Buku pada gambar 13.3 terletak di meja
dalam keadaan diam resultan gayanya sama
dengan nol, padahal buku tersebut
mempunyai berat (gaya berat). Tentu selain
beratnya buku itu mengalami gaya lain selain
beratnya dengan arah berlawanan tetapi
sama besarnya dengan berat benda. Gaya
lain itu disebut gaya normal (N).
Bila buku kita angkat dari meja, maka gaya normal itu tidak ada sehingga gaya normal
hanya ada, jika terjadi kontak/sentuhan.
Jadi, gaya sentuh atau gaya kontak akan hilang jika tidak ada lagi kontak/persinggungan
antara kedua benda.
Gambar 13.3
Gaya normal buku
Diskusikan dengan teman Anda apakah gaya-gaya berikut ini termasuk gaya kontak:
-
gaya magnet
-
gaya berat benda
-
gaya elastisitas karet
-
gaya pada katrol oleh beban
-
gaya dari tanah pada buah apel ketika jatuh di tanah
-
gaya listrik
-
gaya pegas/per
b. Gaya yang bukan gaya sentuh atau bukan gaya kontak
Benda yang dilepaskan dari ketinggian tertentu jatuh ke tanah karena beratnya, magnet
jarum berputar ketika magnet batang mendekatinya, gaya berat dan gaya antara kutub-kutub
magnet ada, bukan karena kontak.
Kecakapan Kontekstual
IPA SMP/MTs Kelas VIII
195
m
F
Gambar 13.5
Gaya merupakan
tarikan yang mempunyai arah
1) 2) 3)
Benda bermuatan listrik menarik benda-benda kecil walaupun benda kecil tidak bermuatan
listrik, ini juga bukan gaya kontak.
Jadi gaya berat, gaya listrik dan gaya magnet bukan gaya kontak. Adakah gaya lain yang
termasuk gaya bukan gaya kontak? Jika ada sebutkan!
c. Gaya merupakan tarikan atau dorongan yang mempunyai
arah
Perhatikan kegiatan berikut ini dan jika ada alatnya, Anda perlu mencoba sebagaimana
gambar 13.4!
1)
pegas tanpa beban (Gambar 13.4.1).
2)
pegas dengan beban, pegas memendek
(Gambar 13.4.2).
3)
tangan menekan pegas/mendorong pegas
sehingga pegas makin pendek (Gambar
13.4.3).
Dari gambar 13.4.2) dan 13.4.3) kita ketahui
bahwa gaya dorong menyebabkan pegas makin
pendek, sama halnya berat beban memendekkan
pegas. Jadi
dorongan
adalah
gaya
.
Coba kamu perhatikan gambar 13.5.
1)
pegas tanpa beban
2) pegas digantungi beban
3)
pegas ditarik hingga memanjang
Dari gambar 2) dan 3) kita ketahui bahwa berat
beban menarik pegas hingga memanjang sama halnya
pegas memanjang jika ditarik. Jadi
tarikan
merupakan
gaya
.
Gaya dorongan memendekkan pegas, dan
tarikan memanjangkan pegas. Dengan demikian arah
gaya yang bekerja pada pegas/benda menyebabkan
perbedaan kondisi yang dialami benda, sehingga arah
gaya perlu diperhatikan.
Kesimpulan:
Dorongan atau tarikan merupakan gaya yang mempunyai arah. Oleh karena itu
gaya termasuk besaran yang mempunyai arah. Besaran yang mempunyai arah disebut
besaran vektor
.
m
1)
2)
3)
Gambar 13.4
Gaya merupakan dorongan
yang mempunyai arah.
196
IPA SMP/MTs Kelas VIII
d. Satuan dan alat ukur gaya
Dalam sistem Satuan Internasional satuan gaya adalah newton (N). Di mana gaya satu
newton adalah seberat benda yang massanya
+ 0,102 kg atau 1 N (1 Newton) adalah gaya
yang memberikan percepatan 1 ms
-2
pada benda yang massanya 1 kg.
Satuan gaya selain newton adalah dyne, di mana gaya 1 dyne mampu menghasilkan
percepatan 1 cms
-2
pada benda bermassa 1 gram. Dari hal tersebut maka 1 N = 10
5
dyne.
Di laboratorium fisika, gaya-gaya diukur
dengan neraca pegas, seperti yang
ditunjukkan Gambar 13.6. Bila gaya menarik
kait, pegas neraca itu bertambah panjang
sampai terjadi keseimbangan, penambahan
panjang pegas merupakan ukuran gaya
tersebut. Neraca ini mempunyai skala dengan
satuan newton. Posisi penunjuk, menunjuk-
kan besar gaya yang menarik kait.
1 kg
a
gaya
Gambar 13.6
Pengukuran gaya
a = percepatan 1ms
-2
neraca pegas
untuk mengukur
berat
Kegiatan
Besarnya gaya dalam N
1. Berat benda 100 gram diukur dengan neraca pegas
2. Tarik balok kayu kecil yang terletak di meja, agar
balok tepat akan bergerak, gunakan neraca pegas
untuk mengukur gaya tarik.
3. Besar tegangan tali diukur dengan neraca pegas, bila
neraca pegas diberi beban.
1. W
= .....................
2. F
tarik
= .....................
3. Tegangan tali T = ..........
Lakukan kegiatan untuk mengukur gaya secara berkelompok!
f. Cara menggambar gaya
Pada pembahasan yang lalu jika pegas ditarik, pegas bertambah panjang, sebaliknya
jika pegas ditekan, pegas semakin pendek. Arah gaya dorong dan gaya tarik berlawanan.
Perhatikan gambar di bawah!
F = ?
F = ?
10 kg
10 kg
Mari Bereksperimen
Gambar 13.7
Gaya menyebabkan benda bergerak
IPA SMP/MTs Kelas VIII
197
Balok semula diam ditarik dengan gaya 16 N pada lantai licin, benda A bergerak ke
kanan, tetapi B bergerak ke kiri. Walaupun kedua gaya sama besar tetapi jika arahnya
berlawanan, menghasilkan gerak yang arahnya berlawanan pula.
Jadi, pembahasan kita tentang gaya tidak cukup hanya besarnya saja, tetapi perlu
memperhatikan pula arahnya. Besaran demikian termasuk besaran vector. Vektor di dalam
fisika digambarkan dengan panah, arah panah menunjukkan arah vektor, panjang panah
menunjukkan besarnya vektor tersebut.
Contoh:
-
Arah gaya berat benda selalu vertikal ke bawah, berat
benda 15 N digambar 3 kali panjang vektor berat
benda 5 N arahnya sama, yaitu ke bawah dan diberi
notasi w.
-
Jika, gaya 20 N dapat digambar dengan panah dengan
panjang 5 cm, maka demikian gaya 10 N digambar
dengan panah sepanjang 2,5 cm.
2. Dua atau lebih gaya dapat bekerja pada suatu benda
dalam satu garis kerja dan dapat diganti oleh satu
gaya
a. Resultan gaya
Seorang montir mobil mendorong sebuah mobil. Mobil tidak bergerak. Ditambah seorang
lagi belum bergerak, setelah tiga orang mendorong mobil itu baru bergerak.
Kenyataannya kekuatan mendorong tiga orang pada arah yang sama lebih besar jika
dibanding dua orang dan lebih kuat dibanding kekuatan seorang. Jadi gaya dorong tiga orang
tersebut dapat diganti dengan sebuah gaya yang disebut resultan gaya.
Bila arah dorongan ketiga orang itu sama, gaya dorong makin besar, tetapi jika arah
gaya dorong salah satu melawan dua lainnya, maka gaya dorong mengecil.
(a)
(b)
(c)
Gambar 13.8
Resultan dari beberapa gaya yang bekerja pada benda
198
IPA SMP/MTs Kelas VIII
b. Menjumlahkan gaya segaris
Jika pada sebuah benda bekerja tiga
gaya masing-masing
F
1
= 15 N,
F
2
= 25
N dan
F
3
= 30 N seperti gambar di
samping, maka resultan ketiga gaya tersebut
adalah
R
di mana
R
=
F
1
+
F
2
+
F
3
Sebaliknya jika tiga gaya segaris
F
2
= 60 N, melawan
F
3
= 30 N dan
F
2
, = 10 N searah dengan
F
3
maka
resultan ketiga gaya tersebut
R
=
F
1
–
F
2
–
F
3
= 60 N – 30 N + 10 N
= 40 N, searah dengan
F
1
Dua gaya atau lebih yang segaris dapat dijumlahkan sehingga mendapatkan sebuah
gaya resultan. Gaya-gaya searah diberi tanda positif, gaya yang melawan gaya
positif diberi tanda negatif.
Arah Resultan:
Resultan searah dengan gaya positif, jika tanda resultan itu positif. Arah resultan melawan
gaya positif, jika tanda resultannya negatif.
c. Benda seimbang
Sebuah buku yang terletak di meja mengalami dua buah gaya, yaitu gaya berat yang
arahnya ke bawah dan gaya normal yang arahnya ke atas. Kedua gaya itu tidak menimbulkan
gerak karena resultannya sama dengan nol. Bila resultan gaya sama dengan nol, maka benda
dikatakan dalam keseimbangan gaya.
Benda seimbang jika resultan gaya pada benda tersebut sama dengan nol. Benda yang
mempunyai resultan gaya nol kemungkinannya diam atau bergerak dengan kecepatan tetap.
3. Gaya gesekan
Gaya gesekan antara dua benda yang bersinggungan termasuk gaya sentuh. Untuk
mengukur besarnya gaya gesekan statis dapat dilakukan kegiatan sebagai berikut.
F
1
= 15 N
F
3
= 25 N
R = 60 N
F
2
= 20 N
Gambar 13.9a
Resultan gaya-gaya searah
F
3
= 30 N
F
3
= 10 N
6 c
m
F
1
= 60 N
Gambar 13.9b
Resultan gaya berlawanan arah
IPA SMP/MTs Kelas VIII
199
Tariklah neraca pegas perlahan-lahan, amatilah
besarnya gaya tarik yang Anda lakukan pada neraca
pegas, sehingga balok akan bergerak. Gaya yang
ditunjukkan neraca pegas saat balok akan bergerak
disebut gaya gesekan statis maksimum. Ketika balok
diam (seimbang), resultan gaya pada balok = nol.
Jadi:
T
–
f
= 0
→
f
=
T
Arah
f
(gaya gesekan statik) melawan gaya penyebab/penariknya.
Lakukan kegiatan serupa dengan menggunakan balok yang sama, tetapi balok ditarik di
atas papan; catatlah hasilnya pada tabel seperti berikut. salinlah pada buku tugasmu.
Tabel 13.1 Gaya gesekan statis
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa semakin kasar permukaan dua benda yang
bersinggungan, semakin besar gaya gesekan statiknya.
Gaya gesekan pada benda tergantung pada kasar atau halusnya permukaan benda yang
bersinggungan.
Manusia berusaha agar gaya gesekan yang bekerja pada kendaraan atau mesin-mesin
kecil, maka manusia menciptakan roda. Agar gaya gesekan pada mesin kecil, mesin diberi
pelumas.
Gaya gesekan yang dialami benda yang bergerak disebut gaya gesekan kinetik. Besarnya
gaya gesekan kinetik lebih kecil dibanding gaya gesekan statik.
Bantalan peluru (gotri) sepeda bila sudah aus (rusak) gesekannya besar sekali sehingga
roda tidak dapat berputar.
Gesekan antara udara dengan pesawat ruang angkasa menimbulkan kalor yang cukup
besar, sehingga pesawat ruang angkasa yang berawak memerlukan isolator kalor untuk menjaga
keselamatan dan kenyamanan astronot.
Dalam kehidupan sehari-hari, gaya gesekan ada yang menguntungkan dan ada pula yang
merugikan.
neraca
pegas
balok
W
T
Gambar 13.10
Menentukan gaya gesek
Gaya gesekan statik (Newton)
Papan
A. halus
B. agak kasar
C. kasar
D. kasar sekali
......................................................................
......................................................................
......................................................................
......................................................................
200
IPA SMP/MTs Kelas VIII
a. Gaya gesekan yang menguntungkan:
1)
Alas sepatu basket dibuat tidak rata agar tidak selip.
2
)
Ban kendaraan dibuat bergelombang agar dapat berjalan pada jalan yang halus.
3)
Jalan beraspal dibuat tidak terlalu halus agar tidak berbahaya (kendaraan tidak selip).
4)
Benda-benda di dalam kendaraan tidak selip terhadap kendaraannya, sehingga
memungkinkan untuk diangkut.
5)
Andaikan benda-benda di muka bumi tidak mengalami gesekan dari bumi, maka tidak
mungkin satu pun benda di permukaan bumi ini berdiri tegak karena bumi berotasi.
b. Gaya gesekan yang merugikan:
1)
Gesekan ban dengan jalan menimbulkan panas pada ban, sehingga pada kecepatan
yang tinggi ban dapat meletus.
2
)
Gesekan pada mesin-mesin menyebabkan ausnya mesin, semakin besar gesekan semakin
cepat mesin aus.
4. Berat benda (
w
)
a. Berat
Di bumi ini semua benda mempunyai berat. Berat didefinisikan sebagai gaya tarik yang
dialami oleh benda karena tarikan bumi, berat benda ketika di bumi adalah gaya tarik bumi
pada benda tersebut.
Untuk memahami berat benda lakukan kegiatan berikut ini!
Gambar
Berat benda
Mari Bereksperimen
Gunakan neraca pegas untuk mengukur berat benda
yang telah diketahui massanya, misalnya anak
timbangan atau beban bercelah yang terdapat di
laboratorium sekolah.
Tabel 13.3 Data pengamatan
Salinlah di buku tugasmu!
Berat (dibaca pada neraca pegas ) =
w
........................
........................
........................
........................
Massa beban (=
m
)
10 gram
20 gram
30 gram
50 gram
..............................................................
..............................................................
..............................................................
..............................................................
IPA SMP/MTs Kelas VIII
201
Dari kegiatan akan tampak bahwa:
1)
Massa semakin besar, beratnya juga semakin besar (berat berbanding lurus/sebanding
dengan massanya)
2)
Hasil bagi berat benda (
w
) oleh massanya (
m
) mempunyai kecenderungan merupakan
bilangan konstan/tetap, bilangan konstan inilah yang disebut percepatan gravitasi bumi
(
g
) di tempat percobaan itu dilakukan.
Hubungan berat, massa dan percepatan gravitasi sebagai berikut.
g
=
→
w
=
mg
w
= berat (N)
m
= massa (kg)
g
= percepatan gravitasi (m/s
2
)
Satuan berat dalam SI adalah N (Newton) jika massa dalam kg dan percepatan gravitasi
bumi
g
dalam m/s
2
.
Jika satuan massa dalam gram, satuan percepatan gravitasi dalam cm/s
2
, maka satuan
berat dalam dyne.
b. Percepatan gravitasi bumi (g)
Perhatikan hasil pengukuran yang telah
dilakukan para ahli terhadap berat benda di
berbagai ketinggian!
Data itu menunjukkan kepada kita bahwa:
1)
Makin jauh letak benda dari permukaan bumi
beratnya berkurang/makin kecil.
2)
Karena massa benda tetap, beratnya
berkurang, maka makin ke atas percepatan
gravitasi bumi makin kecil.
Selain ketinggian tempat, percepatan gravitasi
ditentukan pula oleh lintang tempatnya di permu-
kaan bumi, makin besar lintang tempatnya (makin
mendekati kutub) percepatan gravitasinya makin
besar.
Percepatan gravitasi rata-rata di permukaan bumi dari perhitungan maupun perco-
baan 9,8 m/s
2
.
c. Massa
Massa didefinisikan sebagai banyaknya zat yang dikandung oleh benda itu.
Dengan definisi itu sudah barang tentu massa zat itu tidak akan mengalami perubahan di
mana pun benda itu berada. Jadi bila benda itu di bumi mempunyai massa 2 kg, di planet lain,
di ruang tanpa bobot, di dalam air massanya tetap 2 kg.
Gambar 13.11
Percepatan gravitasi di bumi
202
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Tabel 13.2 Perbedaan massa dan berat
Contoh soal:
1.
Sebuah benda dipengaruhi dua gaya segaris dan berlawanan arah,
F
1
= 10 N ke kanan
dan
F
2
= 8 N ke kiri. Benda terletak pada lantai horizontal yang licin.
a.
Tentukan besar dan arah resultan kedua gaya tersebut!
b.
Tentukan besar dan arah gaya ketiga, agar benda seimbang!
Penyelesaian:
a.
F
1
=
10 N
F
2
=
–8 N
R
=
F
1
+
F
2
=
10 + (–8)
=
2 N
→
tanda + sesuai dengan arah
F
1
, maka arah resultan kedua
gaya itu ke kanan, sesuai arah
F
1
Jadi resultan kedua gaya itu = 2 N, arah ke kiri.
b.
Agar benda seimbang maka resultan gaya yang dialami benda harus = nol.
R
=0
R
=
F
1
+
F
2
+
F
3
→
F
3
, dimisalkan positif, jika didapat hasil positif arah
F
3
searah
F
2
sebaliknya jika didapat hasil negatif arah
F
3
searah
F
1
0
= 10 – 8 +
F
3
–
F
3
=2 N
F
3
= – 2 N
Karena
F
3
negatif, maka arah
F
3
searah
F
1
Agar benda seimbang pada benda dikerjakan gaya ketiga (
F
3
) = 2 N, searah
F
1
(ke kiri).
Berat
Massa
1. Nilainya tetap tidak dipengaruhi tempat.
2. Tidak mempunyai arah (besaran skalar).
3. Diukur dengan menggunakan massa
pembanding standart (neraca logam).
1. Nilainya tergantung tempatnya.
2. Mempunyai arah tetap, menuju pusat
bumi (besaran vektor).
3. Diukur dengan neraca pegas.
F
1
= 10 N
F
2
= –8 N
IPA SMP/MTs Kelas VIII
203
2.
Sebuah benda terletak pada lantai licin dipengaruhi oleh dua gaya segaris seperti gambar
di bawah ini. Bila massa benda 2 kg, hitunglah percepatan yang dialami benda dan
tentukan pula arahnya!
Penyelesaian:
Percepatan yang dialami benda =
a
a
=
=
=
=2 ms
-2
→
a
positif, percepatan
a
searah
F
1
yang positif
Jadi, benda bergerak ke kanan dengan percepatan 2 ms
-2
3.
Sebuah benda di bumi beratnya 120 N, dibawa ke bulan. Berapa berat benda tersebut
di bulan, jika percepatan gravitasi bulan = seperenam percepatan gravitasi di bumi?
Penyelesaian:
Percepatan gravitasi di bumi =
g
bm
Percepatan gravitasi di bulan =
g
bl
g
bl
=
g
bm
→
g
bl
/
g
bm
=
Massa benda di bumi dan di bulan sama =
m
Jadi, berat benda tersebut di bulan tinggal seperenam berat benda di bumi.
4.
Sebuah benda terletak di lantai, massanya 1 kg dan
g
= 10 ms
-2
ditarik dengan gaya
vertikal ke atas 30 N, berapakah percepatan yang dialami benda itu?
F
2
= 2 N
F
1
= 6 N
204
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Penyelesaian:
w
=
m
×
g
= 1 × 10
= 10 N (arah ke bawah)
a
=
=
=
a
= 10 ms
-2
, searah dengan
F
(ke atas)
5.
Sebuah benda volumenya 4 dm
3
massa jenisnya 2,5 kg/dm
3
. Jika
g
= 10 ms
-2
,
berapakah
beratnya?
Penyelesaian:
Karena berat benda dihitung menggunakan rumus :
w
=
mg
m
=
ρ
×
v
= 2,5 × 4 kg/dm
3
× dm
3
= 10 kg
w
=
m
×
g
= 10 ×10
= 100 N
Berat benda itu 100 N
1.
Gaya F
1
= 10 N, F
2
= 5 N semuanya searah sumbu
x
positif bekerja pada benda
bermassa m = 5 kg di lantai licin, tentukan besar dan arah percepatan pada benda
itu?
2.
Seperti soal no 1, tetapi arah F
2
dibalik, tentukan pula besar dan arah percepatan
pada benda itu?
3.
Jika benda di lantai diam massanya m = 2 kg dan g = 10 m/s
2
ditarik dengan gaya
F = 10 N ke atas, apakah benda bergerak?
Kecakapan Personal
IPA SMP/MTs Kelas VIII
205
B.
Hukum Newton untuk Menjelaskan
Berbagai Peristiwa dalam Kehidupan
Hukum Newton
Sebuah balok diam didorong di lantai mendatar kasar hingga balok bergerak kemudian
dilepas, beberapa saat setelah dilepas balok berhenti. Dorongan pada balok, sama dengan
memberikan gaya pada balok sehingga balok dari diam menjadi bergerak. Sebaliknya setelah
bergerak, balok berhenti karena mendapat gaya penghambat yang berupa gaya gesekan.
Bagaimana bila 2 gaya berlawanan sama besar bekerja pada sebuah balok di lantai
mendatar yang licin?
Karena resultan kedua gaya R = 0, maka benda memiliki dua kemungkinan yaitu:
1.
diam atau,
2.
bergerak dengan kecepatan tetap
Mengapa demikian?
Gabungan kedua gaya tersebut tentu = nol, dan karena gaya yang searah dengan
kecepatan menyebabkan benda bergerak makin cepat dan satu gaya lain menyebabkan benda
bergerak makin lambat, sehingga benda itu kemungkinan diam atau bergerak dengan kecepatan
tetap. Kecepatan benda nol atau diam jika semula benda diam dan kemungkinan lainnya
benda bergerak dengan kecepatan tetap, karena semula benda tersebut bergerak.
Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
Mobil yang mendadak di rem penumpangnya akan menghantam jok di depannya dan
jika mobil berangkat mendadak penumpang akan menghantam jok di belakangnya.
Benda yang diam cenderung diam, benda yang bergerak cenderung bergerak dengan
kecepatan tetap apabila resultan gaya pada benda tersebut sama dengan nol
seimbang.
Ungkapan ini pertama kali dikemukakan oleh Sir Isaac Newton dalam hukumnya yang
pertama sehingga disebut hukum I Newton (hukum kelembaman Newton).
Dari hukum I tersebut dapat dibalik redaksinya sebagai berikut.
Jika resultan gaya yang bekerja pada benda nol, maka benda tersebut dalam keadaan
diam atau bergerak dengan kecepatan tetap. Konsep diam menjadi sangat penting
apabila kita berbicara tentang keseimbangan.
206
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Di awal pembahasan hukum tentang Newton telah disinggung bahwa gaya yang searah
dengan gerak menyebabkan gerak benda makin cepat (gerak benda dipercepat) sedangkan
gaya yang melawan arah gerak menyebabkan benda bergerak makin lambat (gerak benda
yang diperlambat). Perlambatan atau percepatan diberi notasi
a
berasal dari akselerasi, dan
merupakan besaran yang mempunyai arah. Bila arah
a
searah kecepatan gerak, maka gerak
benda
dipercepatan
. Bila arah
a
melawan kecepatan, gerak benda
diperlambatan
.
Perhatikan kegiatan berikut ini jika mungkin lakukan percobaan di laboratorium sekolah.
Gambar
Balok ditarik dengan gaya F di meja yang ditaburi tepung terigu
Gaya tarik
F
yang bekerja pada balok dapat dibaca pada neraca pegas.
1.
Bila gaya
F
diubah seperti tabel 13.4, massa balok tetap 200 gram ternyata
percepatan yang timbul seperti pada tabel.
Tabel data pengamatan
Kesimpulan:
Percepatan yang timbul pada benda semakin besar, bila gaya semakin besar
atau dapat ditulis dengan percepatan sebanding dengan gaya (
a ~ F)
F
a
0,2N
1 ms
-2
0,4 N
2 ms
-2
0,8 N
4 ms
-2
1,0 N
5 ms
-2
1,2 N
6 ms
-2
D
Mari Bereksperimen
IPA SMP/MTs Kelas VIII
207
2.
Percobaan dilakukan dengan gaya
F
tetap = 1,6 N tetapi massa balok dinaikkan.
Data percobaan sebagai contoh berikut.
Tabel data pengamatan
Kesimpulan:
Percepatan
makin kecil
, jika massa
semakin besar
.
Atau pada fisika
pernyataan itu sama halnya dengan percepatan berbanding terbalik dengan
massa (
a
~
).
Dari kegiatan 1 dan 2 tersebut besarnya percepatan dapat dirumuskan dalam persamaan
sebagai berikut:
Bagaimana arah
a
dengan arah
F
?
Bila arah
F
searah dengan
v
(kecepatan) gerak benda semakin cepat, berarti arah
a
searah
v
, searah juga dengan
F
. Sebaliknya bila arah
F
melawan arah
v
, gerak benda makin
lambat/diperlambat). Arah a melawan
v
, arah
F
melawan
v
, sehingga arah
a
searah
F
.
Kesimpulan arah percepatan
a
selalu searah dengan
resultan gaya F
.
Dari kegiatan di atas diperoleh satu kesimpulan sebagai berikut.
Percepatan yang timbul pada sebuah benda sebanding dan searah dengan resultan
gaya serta berbanding terbalik dengan massa.
Pernyataan ini disebut Hukum II Newton.
1.
Berikan contoh gerak benda-benda yang mengikuti prinsip Hukum II Newton.
2.
Jelaskan apakah pada hukum II Newton gaya sebanding dengan massa.
m
a
0,4 kg
4 ms
-2
0,6 kg
2 ms
-2
0,8 kg
2 ms
-2
1,0 kg
1,6 ms
-2
2 kg
0,8 ms
-2
4 kg
0,4 ms
-2
Kecakapan Personal
208
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Gambar 13.12
Berbagai bentuk energi
C.
Bentuk Energi dan Perubahannya,
Prinsip Usaha dan Energi serta
Penerapannya dalam Kehidupan
Sehari-Hari
1. Pengertian Energi
Gambar 13.12 di atas merupakan bermacam-macam energi yang kita dapatkan pada
kehidupan sehari-hari, seperti:
a.
Orang dapat mengangkat barbel karena mempunyai tenaga yang didapat dari makanan
yang telah ia makan. Orang yang mengangkat barbel melakukan kerja (usaha).
b.
Pesawat dapat terbang, karena mendapatkan energi dari pembakaran bahan bakar.
Energi yang diperoleh dari bahan bakar yang terbakar itu untuk melakukan usaha.
c.
Buah kelapa yang terlepas dari tangkainya jatuh bebas, gaya beratnya melakukan usaha
karena buah tersebut memiliki energi yang disebut energi potensial.
d.
Bunyi merupakan penjalaran energi getaran ke segala arah.
Dari hal-hal tersebut dapat kita simpulkan bahwa dengan energi, usaha dapat dilakukan
atau dengan kata lain energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.
Bermacam-macam bentuk energi, antara lain:
a. Energi kimia
Sumber energi yang tersedia di alam adalah karunia Tuhan Allah Pencipta Alam. Makanan,
bahan bakar minyak, gas minyak tanah, gas alam dan bahan-bahan kimia memiliki energi
kimia.
Sumber:
www.widebodyaircraft.ne
IPA SMP/MTs Kelas VIII
209
Energi kimia pada makanan timbul karena reaksi kimia yang berlangsung dalam tubuh
manusia atau hewan. Energi kimia pada bahan bakar minyak atau gas timbul jika terjadi
pembakaran. Pembakaran tersebut dapat terjadi pada mesin atau kompor.
b. Energi potensial
Makin tinggi kita mengangkat benda, semakin besar pula energi yang kita butuhkan,
sesuai hukum kekebalan energi, energi benda tersebut semakin besar. Energi semacam ini
disebut energi potensial gravitasi. Jadi, energi yang dimiliki oleh suatu benda karena posisi
atau kondisinya disebut energi potensial.
Benda yang berada di atas permukaan bumi mempunyai energi potensial sehingga mampu
melakukan usaha atau kerja. Bandul jam pada titik tertingginya mempunyai energi potensial
maksimum dan energi potensialnya menurun jika jatuh.
c. Energi kinetik
Setiap benda yang bergerak mempunyai energi. Makin cepat gerak benda, energinya
makin besar. Sebaliknya makin rendah kecepatan geraknya, energinya makin kecil. Energi
yang dimiliki benda karena kecepatannya disebut energi kinetik.
d. Bentuk energi yang lainnya
Bentuk energi lainnya, meliputi: energi listrik, kalor, energi bunyi, energi cahaya, energi
magnet, dan energi nuklir (inti).
Energi dalam kehidupan ini dapat diperoleh dengan cara melakukan perubahan dari satu
bentuk energi ke bentuk lainnya menggunakan alat yang sesuai.
Perhatikan contoh berikut ini!
1)
Seseorang memukul paku , pada paku timbul bunga api dan bunyi.
Ketika paku kita raba, paku terasa panas.
Gambar 13.13
Perubahan energi gerak
martil menjadi kalor, cahaya, bunyi dan gerak
paku.
Dalam kegiatan ini terjadi perubahan energi
gerak martil menjadi:
-
kalor (paku menjadi panas),
-
cahaya (timbul bunga api),
-
bunyi,
-
gerak paku (paku tertanam di tempat
pemasangan).
210
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Gambar 13.14
Perubahan energi
500 g
saklar
lampu 25 W
baterai
generator
2)
Perhatikan gambar 13.14 ini!
Jika swicth digeser sedemikian hingga baterai
4,5 v memberikan arus maka lampu menyala dan
motor listrik berputar. Motor digunakan untuk
memutar roda seperti gambar sehingga beban
0,5 kg bergerak naik.
Dalam peristiwa ini terjadi perubahan energi
pada:
-
baterai
: energi kimia menjadi energi listrik
-
bolam
: energi listrik menjadi kalor dan
cahaya
-
motor listrik : energi listrik menjadi energi
mekanik
-
beban
: energi kinetik menjadi potensial
Jika swicth digeser sedemikian sehingga baterai tidak berfungsi lagi, kemudian motor
listrik diputar dengan melepaskan beban dari titik tertingginya lampu menyala dan
beban kecepatannya bertambah. Coba Anda diskusikan perubahan energi apa saja
yang terjadi pada peristiwa tersebut.
2. Hukum Kekekalan Energi
Di bawah ini ditunjukkan beberapa contoh alat yang memanfaatkan perubahan energi.
Gambar 13.15
Beberapa contoh perubahan energi
Kecakapan Kontekstual
Sumber
: www.bvallc.com
IPA SMP/MTs Kelas VIII
211
Gambar 13.16
Energi Mekanik
mempunyai
energi
kinetik, dan
energi
potensial
Dari gambar 13.17 di atas dapat disimpulkan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan
tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain.
Sudah sejak abad ke-17 manusia berusaha membuat mesin yang diharapkan dapat
bergerak terus tanpa tambahan bahan bakar. Namun usaha tersebut sia-sia karena setelah
diuji coba mesin dengan gerak abadi tersebut sulit terlaksana, dengan demikian orang gagal
menciptakan energi.
Demikian juga pada manusia, manusia tidak mampu menciptakan energi. Energi yang
dimiliki manusia bukan ciptaan manusia tetapi hanyalah perubahan dari energi kimia pada
makanan (hewan maupun tumbuhan) menjadi energi yang kita miliki. Buktinya jika manusia
tidak makan, manusia tidak berdaya untuk melakukan kerja. Jelas bagi kita bahwa:
Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan yang ada hanyalah
perubahan dari satu bentuk ke bentuk tenaga yang lain.
Kesimpulan tersebut di atas dikenal sebagai
hukum kekekalan energi
.
Karena energi tidak dapat diciptakan, maka sumber energi yang ada seperti bahan bakar
minyak (BBM) dan gas bumi serta energi listrik perlu dihemat mengingat sumber energi tersebut
tidak dapat diperbaharui. Selain itu manusia perlu mencari alternatif (pengganti) seperti energi:
panas bumi, energi matahari, alkohol, energi gas rawa, energi nuklir dan lain sebagainya.
Untuk mengeksploitir energi alternatif tersebut dibutuhkan kemampuan khusus,
kemampuan apakah itu? Coba diskusikan dengan temanmu.
3. Energi mekanik
Sebuah benda bergerak ke bawah dengan kecepatan tertentu (
v
) pada ketinggian
h
di
atas tanah. Benda tersebut mempunyai energi kinetik dan mempunyai energi potensial.
Jumlah kedua energi tersebut dinamakan energi mekanik (EM) (energi kinetik dan energi
potensial).
EM = EP + EK
EP
=
energi potensial (joule)
=mgh
m
=
massa (kg)
g
=
percepatan gravitasi (m/s
2
)
h
=
tinggi benda dari permukaan bumi (m)
EK
=
energi kinetik (joule)
=
mv
2
→
m
=
massa (kg)
v
=
kecepatan (m/s)
212
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Contoh soal:
Sebuah benda bermassa 2 kg bergerak jatuh sehingga pada ketinggian 2 m di atas tanah
kecepatannya 5 ms
-1
, apabila
g
= 10 ms
-2
berapakah:
a.
Energi kinetik benda tersebut?
b.
Energi potensial benda tersebut?
c.
Energi mekanik benda tersebut?
d.
Energi benda ketika menyentuh tanah?
Penyelesaian:
a.
EK
=
mv
2
=
× 2 × 5
2
=
25 joule
b.
EP
=
mgh
=
2 × 10 × 2
=
40 joule
c.
EM
=
EK
+
EP
=
25 + 40
=
65 joule
d.
Energi benda ketika menyentuh tanah = energi mekanik benda tersebut (ingat hukum
kekekalan energi). Jadi energi benda ketika menyentuh tanah = 65 joule.
4. Pengertian usaha
Anton mendorong almari, sehingga almari bergeser 2 m. Anton mendorong almari sama
halnya Anton mengerjakan gaya pada almari, almari menggeser 2 m. Pergeseran 2 m disebut
perpindahan = jarak pergeseran pusat massa almari.
Indri menaikkan buku yang beratnya 10 N dari lantai ke almari yang tingginya 1 m.
Dalam kegiatan ini Indri memberikan gaya pada buku minimal = berat buku = 10 N, sehingga
buku titik beratnya bergeser 1 meter naik.
Dalam kasus tersebut di atas Anton dan Indri dikatakan melakukan usaha. Di dalam
pelajaran fisika usaha timbul jika ada gaya yang menyebabkan perpindahan titik berat benda.
Atau dirumuskan sebagai berikut.
W
= usaha (Nm = joule)
F
= gaya dengan satuan (N)
s
= perpindahan (m)
= sudut antara gaya dengan perpindahan (
o
)
IPA SMP/MTs Kelas VIII
213
60
o
Jika gaya (
F
) searah (
s
) sudut antara
F
dan
s
= 0
o
, cos 0
o
= 1
W
=
F
×
s
→
jika nilai
W
positif (usaha positif)
Jika gaya (
F
) berlawanan arah dengan perpindahan (
s
), sudut antara
F
dan
s
= 180
o
;
cos 180
o
= –1
W
=
–F
×
s
→
nilai
W
negatif (usaha negatif)
-
Usaha dapat bernilai positif dapat pula bernilai negatif.
-
Usaha bernilai negatif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan
berlawanan arah dengan perpindahan
-
Usaha bernilai positif, jika komponen gaya yang sejajar perpindahan, searah
dengan perpindahan.
Contoh soal:
1.
Sebuah balok kayu meluncur ke bawah
menuruni bidang miring yang licin, adakah
usaha dalam perpindahan tersebut?
Penyelesaian:
-
Benda mempunyai berat, berat benda
(balok) itulah yang melakukan usaha.
Jadi dalam perpindahan tersebut
terdapat usaha.
-
Usaha yang ada pada balok tersebut
dilakukan oleh uraian (komponen) gaya
berat yang sejajar bidang miring.
2.
Seorang anak menarik mobil mainan dengan seutas benang sehingga mobil mainan
berpindah sejauh 10 m. Jika gaya penarik besarnya = 2 N dan benang bers
udut 60
o
terhadap perpindahan, berapa usaha yang dilakukan anak tersebut? (cos 60
o
= 0,5)
Penyelesaian:
W
=
F
×
s
cos 60
o
=2
×
10
×
0,5 = 10 joule
Jadi, anak tersebut melakukan usaha sebesar 10 joule.
w
F
3
F
1
F
2
214
IPA SMP/MTs Kelas VIII
3.
Pada sebuah balok bekerja tiga buah gaya bersama-sama, besar
F
1
= 10 N,
F
2
= 5 N,
dan
F
3
= 4 N serta berat benda
w
= 15 N. Benda berpindah 3 m dengan arah perpindahan
searah
F
1
. Berapakah usaha yang dilakukan oleh
F
1
,
F
2
,
F
3
, dan
w
dalam perpindahan
tersebut?
Penyelesaian:
Usaha yang dilakukan
F
1
adalah
W
1
W
1
=
F
1
× s
= 10 × 3
= 30 Nm
= 30 J
Usaha yang dilakukan
F
2
adalah
W
2
W
2
= –
F
2
×
s
= –5 × 3
= –15
Usaha yang dilakukan
F
3
dan
w
= 0 sebab
F
3
dan
w
tegak lurus perpindahan
s.
5. Pengaruh usaha terhadap energi
Jika mobil direm, gerak mobil makin lambat dan akhirnya berhenti. Pada kejadian ini
gaya rem melakukan usaha negatif, gaya rem menyebabkan kecepatan mobil berkurang dan
energi kinetik mobil berkurang akhirnya energi kinetiknya menjadi nol.
Sebaliknya jika mobil dipercepat geraknya dengan cara memperbesar gas mobil, energi
kinetiknya bertambah dan gaya dorong mobil melakukan usaha positif (ingat gaya dan
perpindahan searah).
Jika usaha pada sebuah benda positif, maka energi kinetik benda makin besar. Jika
usaha pada benda negatif maka energi kinetik yang dimiliki benda makin kecil
(berkurang).
Gambar 13.17
Pengaruh usaha terhadap energi
IPA SMP/MTs Kelas VIII
215
1.
Perhatikan gambar di bawah ini!
2.
Coba berikan penjelasan tentang perilaku apa yang dimaksud dalam gambar tersebut!
Mengapa Anton dan Mona dikatakan melakukan usaha?
3.
Serahkan pada guru hasil pekerjaan untuk dinilai!
D.
Pesawat Sederhana dan Penerapannya
Banyak peralatan yang kita dapatkan di rumah atau di sekolah yang berfungsi
mempermudah kerja manusia.
Setiap alat yang digunakan untuk mempermudah melakukan usaha disebut pesawat.
Ada pesawat yang rumit dan ada pesawat yang sederhana. Pesawat yang rumit terdiri dari
beberapa pesawat sederhana. Dalam pasal ini akan diuraikan 3 jenis pesawat sederhana,
yaitu tuas, katrol tetap dan bergerak dan bidang miring.
1. Tuas
Sebatang besi atau benda lain, yang
digunakan untuk mengungkit, merupakan tuas
yang paling sederhana. Untuk mengangkat
langsung benda yang beratnya
w
dibutuhkan
gaya minimal =
w
. Akan tetapi dengan
mengungkit tidaklah demikian halnya. Dengan
pengungkit untuk mengangkat benda seberat
w
dibutuhkan gaya yang lebih kecil dari
w
.
Gambar 13.18
Pesawat sederhana jenis tuas
s
1
s
2
Kecakapan Kontekstual
216
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Penggunaan tuas dengan jalan menyusupkan salah satu ujung batang di bawah benda
yang akan diangkat. Di bawah batang dekat benda yang akan diangkat diletakkan pengganjal
(sebagai pusat rotasi). Ujung lain dari pengungkit itu ditekan ke bawah dengan gaya
F
.
Terangkatlah benda itu sedikit.
Pada pengungkit beban yang akan diungkit beratnya dinyatakan dengan
w
. Titik
T
, tempat
tumpuan tuas, gaya yang kita kerjakan pada ujung lain merupakan kuasa disebut
F
(lihat
gambar 13.20).
l
2
=
l
B
= lengan beban
l
1
=
l
k
= lengan kuasa
Berlaku persamaan:
w
l
2
=
F
l
1
atau
F
=
Jika
=
, maka benda yang beratnya 500 newton dapat diangkat dengan gaya
50 newton
Contoh:
Alat-alat yang menggunakan asas tuas yaitu: pinset, gunting, tang, roda dorong dan lain-lain.
Apabila gaya
F
mengakibatkan ujung B bergerak ke bawah sebesar
S
1
dan ujung A bergerak
ke atas sejauh
S
2
maka
W
1
=
F
.
S
1
dan
W
2
=
w
.
S
2
=
=
W
1
=
F
.
S
1
Gambar 13.19
Asas Tuas
IPA SMP/MTs Kelas VIII
217
Pesawat memudahkan usaha, tetapi tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan.
Perbandingan antara beban
w
dengan kuasa
F
, disebut keuntungan mekanik (km).
Jadi, km =
dari contoh di bagian depan di mana
=
didapat
km
=
=
= 10
2. Katrol
Katol merupakan pesawat sederhana yang banyak kita jumpai di sekitar, misalnya
digunakan untuk katrol timba. Ada dua jenis katrol yaitu:
a. Katrol tetap
Perhatikan gambar di samping. Untuk katrol tetap.
A = titik kuasa
B = titik tumpu
C = titik beban
Karena itu keuntungan mekanis katrol tersebut
=
= 1 (OA = OB);
AC = lengan kuasa
AB = lengan beban
Keuntungan lain dari katrol tetap adalah keuntungan arah, karena dengan gaya ke bawah
kita dapat menaikkan beban.
b. Katrol bergerak
Pada katrol tunggal yang bergerak, benda yang
diangkat digantungkan pada poros katrol O, B sebagai titik
tumpu, O merupakan titik beban, A sebagai titik kuasa.
Keuntungan mekanik katrol tunggal yang bergerak:
=
=
=
Keuntungan mekanik katrol bebas = 2
Keterangan:
A
= titik tumpu
AB
= lengan beban
AC = lengan kuasa
Gambar 13.20
Katrol tetap
Gambar 13.21
Katrol bergerak
A
O
m
m.g
m.g
218
IPA SMP/MTs Kelas VIII
c. Sistem katrol
Agar kuasa yang kecil mampu mengangkat beban
yang jauh lebih besar maka digunakan sistem katrol.
Sistem katrol merupakan gabungan dua blok katrol,
di mana tiap blok katrol dapat terdiri dari 2 katrol atau
lebih.
Dari percobaan yang teliti ternyata untuk beban yang
beratnya jauh lebih besar dari berat tali dan katrol-
katrolnya berlaku rumus:
W
= 2
n
.
F
n
= jumlah katrol tiap blok
F
= kuasa (gaya penariknya)
W
= beban yang diangkat
= disebut keuntungan mekanis
Katrol tunggal yang bergerak tidak mempunyai keuntungan arah apabila digunakan untuk
mengangkat beban. Dalam praktik berat tali dan katrol tidak dapat diabaikan oleh sebab itu
kuasa harus dinaikkan dari hasil perhitungan agar beban terangkat.
3. Bidang miring
Perhatikan gambar 13.23 dua orang
menaikkan peti yang berat sekali ke dalam
truk, digunakan bidang miring yang
merupakan titian dari lantai ke atas truk.
Kemudian didorong peti itu melewati titian.
Berapa besarnya gaya dorong yang
dibutuhkan dan berapakah usaha yang
dilakukan?
Untuk menaikkan peti ke dalam truk dibutuhkan gaya dorong minimal
F
1
berlawanan
arah dengan
F
. Dari gambar di atas maka diperoleh perbandingan sebagai berikut.
Gambar 13.22
Sistem katrol
Gambar 13.23
Bidang miring
F = m.g
IPA SMP/MTs Kelas VIII
219
Apabila
, maka gaya
mg atau seperlima gaya berat peti yang dinaikkan ke
dalam truk, maka peti seberat 1000 newton, dapat didorong ke dalam truk dengan gaya 200
newton. Besarnya usaha yang dilakukan
W
1
=
F
1
.
s
=
=
mgh
Usaha ini sama dengan usaha untuk menaikkan peti tersebut setinggi h secara langsung
(naik vertikal) tanpa melalui bidang miring. Jadi jelas bidang miring digunakan untuk
mempermudah usaha, bukan mengurangi besarnya usaha yang harus kita lakukan
Keuntungan mekanis bidang miring adalah sebesar
jika
= 5, maka keuntungan
mekanisnya 5.
Dalam praktik tidak ada bidang miring yang licin, tetapi gaya gesekan pasti ada sebab itu
F
1
harus lebih besar dari
. Sebagian usaha berubah menjadi kalor karena adanya gesekan.
Contoh soal:
1.
Seekor kuda menarik kereta. Jika kereta berpindah 20 meter, sedangkan gaya kuda itu
300 newton, searah perpindahan kereta. Berapakah usaha yang dilakukan kuda itu pada
kereta?
Diketahui
:
F
= 300 N
s
= 20 m
Ditanya
:
W
= ?
Jawab
: Jadi
W
=
F
.
S
= 300.20
= 6.000 joule
2.
Sebuah benda dilemparkan dengan gaya 100 newton. Selama 0,5 detik, benda itu
menempel di tangan pelempar dan berpindah sejauh 1,5 meter. Setelah itu benda itu
lepas dari tangan pelempar dan meluncur sejauh 20 meter, lalu berhenti. Berapakah
usaha yang dilakukan oleh pelempar pada benda itu?
Diketahui
:
F
= 50 N
s
= 1,5 m dan
s
′
= 200 m
Ditanya
:
W
oleh pelempar?
Jawab
: Gaya yang bekerja pada benda dari pelempar hanya bekerja sejauh 1,5 m.
Jadi
W
=
F
.
s
= 50.1,5
= 75 joule
220
IPA SMP/MTs Kelas VIII
3.
Seseorang yang diberi tugas menaikkan benda yang bermassa 80 kg ke loteng yang
tingginya 3 meter. Akan tetapi gaya terbesar yang dipunyai orang ini hanya 400 newton.
Tugas ini harus dikerjakan seorang diri. Untuk orang itu tersedia katrol, tali (kira-kira 6
meter panjangnya dan balok-balok). Apakah yang harus dilakukannya? Diketahui
percepatan gravitasi bumi 10 m
s
-2
.
Diketahui
:
W
=
m
.
g
= 80 . 10
= 800 N
h
= 3 meter
l
= 6 meter
Ditanya
:
Jika tersedia sebuah katrol dan balok-balok bagaimana caranya orang
tersebut menaikkan beban tersebut sendirian?
Jawab
:
Dengan mengabaikan berat katrol dan tali maka ia dapat menggunakan
katrol bergerak, dengan satu ujung tali ditambatkan di loteng, satu ditarik
dari loteng melalui katrol.
2
T
=
m
.
g
= 80 . 10
T
= 400 N
Gaya ini sama dengan kekuatan orang
F
= 400 N
4. Daya
Manusia membuat pesawat digunakan untuk mempermudah dan mempercepat
penyelesaian pekerjaan. Usaha yang dilakukan sebuah pesawat atau mesin tiap sekon disebut
kecepatan usaha atau daya. Satuan daya dalam
SI
adalah joule/sekon = watt.
Daya sebuah mesin yang melakukan usaha sebesar 500 joule dalam waktu 5 sekon
adalah
= 100
W.
Jadi 1
JS
-1
= 1 watt
Dalam penulisan matematika daya dirumuskan sebagai berikut.
W
= usaha atau energi (joule)
t
= waktu dalam (sekon)
P
= power (daya) dalam satuan
Js
-1
atau watt
IPA SMP/MTs Kelas VIII
221
Pada umumnya ukuran-ukuran alat-alat listrik dinyatakan dengan daya dan tegangannya.
Misalnya lampu pijar berukuran 50 watt, 220 volt, setrika listrik 300 watt, 220 volt dan lain-
lain. Lampu pijar 50 W, 220 V dapat menyala pada daya maksimum atau di bawahnya, daya
maksimum lampu tersebut 50 W tercapai ketika tegangannya 220 V. Jika lampu 50 W,
220 V dipasang pada tegangan di bawah
220 V, lampu menyala pada daya di bawah 50 W,
dan jika dipasang pada tegangan di atas 220 V, lampu menyala beberapa sekon kemudian
mati.
Lampu 50 watt tiap sekon mengubah 50 joule energi listrik menjadi energi cahaya. Oleh
sebab itu bola lampu 75 watt lebih terang dari bola lampu 50 watt bila dipasang pada tegangan
yang sesuai karena energi cahaya pada lampu 75 watt lebih besar dari energi cahaya pada
lampu 50 watt.
Pesawat televisi pun dapat dinyatakan dengan dayanya. Misalnya ada pesawat televisi
yang mempunyai daya 20 watt, yang berarti tiap detik mengubah energi listrik sebesar 20
joule menjadi energi cahaya dan energi bunyi serta energi kalor. Seterika listrik mempunyai
daya 500 watt artinya energi panas yang dihasilkan seterika itu tiap detik 500 joule.
Karena daya menyatakan energi per satuan waktu, maka energi dapat dinyatakan dengan
daya kali waktu (
W
=
P
.
t
). Energi listrik di rumah-rumah sering dinyatakan dalam kWh.
Dalam sistem cgs satuan erg/detik sebagai satuan daya yang tidak perlu diberi nama lain.
Motor untuk pompa air, motor mobil dengan bahan bakar solar maupun bensin dayanya
dinyatakan dengan sekian HP atau sekian PK (HP=hourse power, PK = paardekracht),
dalam bahasa Indonesia adalah daya kuda.
Contoh:
Mesin Honda berkekuatan 5 PK artinya mesin tersebut mempunyai daya 5
×
736 watt atau
3 kali kekuatan kuda.
Mesin ini menghasilkan tenaga 3680 joule tiap sekon.
Satuan HP atau PK pertama kali dikemukakan oleh penemu mesin uap James Watt,
berkebangsaan Inggris. Satuan PK dan HP tidak digunakan dalam ilmu pengetahuan, tetapi
dalam perdagangan dan teknik masih digunakan.
Sebutkan macam-macam peralatan katrol yang digunakan dalam pembangunan
rumah bertingkat dan jelaskan apa manfaatnya!
Kecakapan Kontekstual
222
IPA SMP/MTs Kelas VIII
E.
Tekanan pada Benda Padat, Cair, dan
Gas serta Penerapannya dalam
Kehidupan Sehari-hari
1. Tekanan pada benda ditentukan oleh gaya dan luas
bidang normal
Kerjakan kegiatan berikut ini.
Kegiatan 1
a.
Sebuah balok dijatuhkan pada plastisin yang telah disiapkan seperti posisi a.
b.
Mengulangi kegiatan pertama, tetapi balok dijatuhkan seperti posisi b.
(ketinggian sama dengan kegiatan 1).
c.
Amatilah balok pada posisi manakah yang masuk lebih dalam ke dalam plastisin.
d.
Karena balok yang dijatuhkan sama, berat balok yang bekerja pada plastisin
juga sama.
Informasi:
Makin dalam balok masuk pada plastisin, tekanan balok pada plastisin makin besar.
(a)
(b)
Mari Bereksperimen
IPA SMP/MTs Kelas VIII
223
Kegiatan 2
a.
Letakkan kubus yang sama ukurannya tetapi bahannya berbeda. Misalnya dari
bahan kayu dan besi, dan jatuhkan keduanya pada spon.
b.
Ukuran kubus sama berarti luas bidang tekan pada demonstrasi itu
c.
Ukuran kubus besi dan kayu sama, mana yang lebih berat?
d.
Amatilah balok mana yang masuk lebih dalam pada spon?
Kesimpulan:
Pada luas bidang tekan yang sama, tekanan makin besar jika gaya semakin besar
atau tekanan sebanding dengan gaya (
F
).
Dari kedua kegiatan itu dapat disimpulkan bahwa:
1)
Tekanan sebanding dengan .......
2)
Tekanan berbanding terbalik dengan .......
Bila dinyatakan tekanan dengan
p
, gaya dengan
F
dan luas tekanan dengan
A
, maka
hubungan antara ketiga besaran itu dapat dirumuskan sebagai berikut:
Definisi tekanan adalah gaya persatuan luas bidang atau gaya yang dialami oleh bidang seluas
1 m
2
.
Satuan tekanan dalam Sistem Internasional (SI) = N/m
2
(pascal = Pa). Satuan tekanan
dalam sistem d
alam cgs = dyne/cm
2
; 1 N/m
2
= 10 dyne/cm
2
.
Contoh soal:
1.
Kubus mempunyai volume 1000 cm
3
mempunyai massa 4 kg, terletak pada salah satu
bidang sisinya pada lantai horizontal. Berapa pascal tekanan kubus pada lantai itu jika
g
= 10 ms
–2
?
Penyelesaian:
Panjang sisi kubus =
s
v = s
3
= volume kubus
= 1000 cm
3
s
= 10 cm
224
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Luas bidang tekan
A
=
s
2
= 10
×
10 cm
2
= 100 cm
2
= 100
×
10
–4
=10
–2
m
2
F
=m g
=4
×
10 = 40 N
p
=
= 4000 N/m
2
= 4000 Pa
Jadi, tekanan kubus pada lantai = 4000 Pa.
2.
Pengisap Kempa hidrolisis mempunyai jari-jari 20 cm dianggap tidak mempunyai berat,
bila pengisap menekan zat cair karena mendapat gaya sebesar 9420 N. Berapa Pa
tekanan yang dialami zat cair dari pengisap itu?
Penyelesaian:
A=
π
r
2
=
π
×
20
2
= 400
π
cm
2
= 400
π
×
10
–4
cm
2
=4
π
×
10
–2
m
2
=
= 75.000 Pa
F = 9420
IPA SMP/MTs Kelas VIII
225
2. Tekanan Hidrostatis
Tahukah kamu mengapa bendungan dibuat dengan konstruksi bagian bawah lebih besar?
Karena zat cair dalam keadaan diam mempunyai berat, maka titik yang berada di dalam
zat cair mengalami tekanan. Tekanan ini disebut tekanan hidrostatis.
Faktor apa sajakah yang mempengaruhi tekanan hidrostatis tersebut? Ikutilah kegiatan
di bawah ini!
a.
Isilah gelas erlenmeyer dengan air,
kemudian isilah gelas erlenmeyer lain
dengan minyak tanah/spirtus dengan
ketinggian yang sama!
b.
Masukkan pengukur tekanan hidro-
statis (pesawat harlt) ke dalam air
sampai dasar gelas kemudian catatlah
tekanan hidrostatisnya. (cmHg)
c.
Pindahkan pesawat Harlt itu ke dalam
gelas lain yang berisi minyak tanah
atau spirtus usahakan sampai dasar
gelas pula. Kemudian catatlah, berapa
besar tekanan hidrostatisnya. (cmHg)
Kesimpulan:
Pada kedalaman sama tekanan hidrostatis air lebih besar.
Telah kita ketahui massa jenis air lebih besar dibanding massa jenis minyak atau
spirtus.
Jadi, tekanan hidrostatis sebanding dengan massa jenis zat cair.
d.
Aturlah kedudukan selaput tipis pesawat harlt pada setengah ketinggian minyak
tanah atau spirtus. Bacalah berapa tekanan hidrostatisnya. (cmHg)
Kesimpulan
Di dalam zat cair yang sama tekanan hidrostatis makin besar, jika kedalaman titik di
bawah permukaan zat cair makin besar. Sebaliknya tekanan hidrostatis makin kecil
jika kedalaman titik dari permukaan air makin kecil.
h
a
b
Eksperimen
226
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Informasi:
Di ruang tanpa bobot, zat cair tidak mempunyai berat sehingga tekanan hidrostatis =
nol disebabkan percepatan gravitasi
g
= nol. Dari percobaan, makin besar
g
(makin
besar percepatan gravitasi), makin besar pula tekanan hidrostatis.
Kesimpulan akhir:
Tekanan hidrostatis sebanding dengan:
a.
Kedalaman titik di bawah permukaan zat cair (
h
)
b.
Massa jenis zat cair (
r
)
c.
Percepatan gravitasi bumi (
g
)
Jika dirumuskan secara matematik, didapat rumus sebagai berikut:
P
h
=
ρ
gh
Dalam sistem internasional satuan tekanan hidrostatis = pa (Nm
-2
)
Satuan
ρ
dalam kg/m
3
Satuan
g
dalam m/s
2
Satuan
h
dalam m
3. Hukum Pascal
Ambillah penyemprot Pascal yang ada di
laboratorium sekolah, isilah dengan air sampai penuh.
Tekanlah tangkai penyemprot itu sehinga air memancar
keluar.
Air memancar keluar dengan kekuatan sama, jauh
pancaran sama, hal ini menunjukkan bahwa tekanan yang
dialami air tersebut sama besar.
Air yang memancar melalui lubang-lubang itu
mendapat tekanan dari penghisap penyemprot itu yang
tertekan, tekanan itu diteruskan air ke segala arah dengan
sama besar.
Hukum Pascal:
Zat cair dalam ruang tertutup jika mendapat tekanan, tekanan itu diteruskan ke segala
arah dengan sama kuat tanpa pengurangan.
Gambar 13.24
Penyemprot Pascal
air
IPA SMP/MTs Kelas VIII
227
D
B
C
Gambar 13.26
Dongkrak hidrolik
k
2
A
k
3
k
1
Bila alat penyemprot Pascal tidak ada gunakan kaleng
bekas yang tidak bocor dan lengkapilah dengan penekan seperti
gambar di samping.
Hukum Pascal dapat dirumuskan secara matematik sebagai
berikut.
Satuan gaya
F
1
maupun
F
2
harus sama, demikian juga satuan
A
1
dan
A
2
. Untuk
memudahkan ubahlah semua satuan ke dalam Sistem Internasional.
Contoh soal
Bila silinder A yang berluas penampang 100 cm
2
ditekan dengan gaya 5 N, gaya angkat yang
dihasilkan pada silinder B yang luas penampangnya 2000 cm
2
sebesar
F
2
, besarnya:
= 100 N
Jadi beban yang beratnya 100 N dapat diangkat hanya dengan gaya sebesar 5 N.
Keuntungan mekaniknya =
Penerapan hukum Pascal yaitu:
a.
Dongkrak hidrolik
b.
Kempa hidrolik
c.
Alat pengangkat mobil
d.
Macam-macam pompa
e.
Rem hidrolik
a. Dongkrak hidrolik
Mula-mula
K
3
terbuka kemudian ditutup. Penghisap
pada tabung A ditarik ke atas sehingga katup
K
1
terbuka,
katup
K
2
tertutup zat cair masuk ke A dari C, kemudian
jika penghisap ditekan ke bawah katup
K
1
tertutup,
K
2
terbuka sehingga zat cair dari A masuk ke B dan tekanan
dari A diteruskan ke B.
Gambar 13.25
Penyemprot
paskal dari kaleng
228
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Luas penampang B jauh lebih luas dari penampang A sehingga silinder D mendapat gaya
yang cukup besar untuk mengangkat mobil.
Agar silinder D turun kembali katup K
3
dibuka, zat cair masuk dari B ke C.
b. Kempa hidrolik
Dasar kerjanya sama dengan dongkrak hidrolik hanya
silinder (pengangkat) diganti fungsinya sebagai pengempa
(penekan). Alat ini digunakan untuk memeras biji untuk
diambil minyaknya, mengepak ampas tebu, kapas,
mencetak plat logam dan lain-lain.
c. Alat pengangkat mobil
Alat pengangkat mobil di bengkel-bengkel besar, juga
berdasarkan hukum Pascal.
Datanglah ke sebuah bengkel yang memiliki pengangkat mobil yang menggunakan
sistem hidrolik. Cari tahu cara kerjanya, kemudian laporkan hasil kunjunganmu.
d. Beberapa pompa
1) Pompa air
Pompa air mempunyai bagian-bagian sebagai berikut:
a
)
Ruang air
R
1
,
R
2
, dan
R
3
b)
Klep
K
1
, yang akan membuka jika pengisap
bergerak naik dan menutup jika pengisap turun (air
masuk dari
R
1
ke
R
2
pada saat pengisap turun).
c)
Klep
K
2
menutup jika pengisap naik dan membuka
jika bergerak turun sehingga air pindah dari
R
2
ke
R
3
d)
Pengisap dan tangkai pengisap air akan memancar
ke luar melalui saluran air A. Pompa air digunakan
untuk mengisap air sumur, untuk keperluan sehari-
hari.
2) Pompa tekan udara
Pompa sepeda merupakan salah satu contoh pompa tekan udara. Pompa udara yang
digunakan untuk memompa udara keluar dari suatu ruangan tertutup dinamakan pompa isap.
Gambar 13.27
Kempa hidrolik
k
1
k
2
R
3
R
1
R
2
Gambar 13.28
Pompa air
Keterkinian
IPA SMP/MTs Kelas VIII
229
Apabila penghisap
P
ditarik ke atas klep
K
1
membuka, klep
K
2
menutup sehingga udara dari ruang
A
masuk ke B dan udara dari
C
ke luar melalui lubang
D
.
Pada saat pengisap
P
bergerak turun klep
K
1
menutup dan klep
K
2
membuka udara dari
B
masuk
ke
C
, demikian seterusnya sehingga udara di A dapat
dikeluarkan menggunakan pompa isap udara.
Isilah sebuah bejana berhubungan dengan air.
Bagaimana kedudukan permukaan-permukaan air
dalam setiap pipanya? Mendatar bukan?
Gejala ini disimpulkan sebagai hukum bejana
berhubungan yang bunyinya sebagai berikut:
”Bila bejana-bejana berhubungan diisi dengan zat cair yang sama, dalam keadaan
seimbang, permukaan zat cair dalam bejana-bejana itu terletak pada sebuah bidang
mendatar” (bila tidak ada pipa kapiler).
4. Hukum utama hidrostatik
Lakukan percobaan dengan alat Harlt, ukurlah tekanan hidrostatis air dalam bejana
pada a dan b, yang terletak pada satu garis horisontal. Berubahkah selisih tinggi raksa
h
pada
saat selaput tipis c berada pada a dan b?
Ternyata selisih tinggi raksa
h
tidak berubah pada saat selaput tipis c berada pada a dan
b (pada kedalaman sama). Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa:
Gambar 13.30
Bejana berhubungan
k
2
k
1
B
A
D
C
P
Gambar 13.29
Pompa tekan udara
Gambar 13.31
Mengukur tekanan hidrostatik
h
a
b
230
IPA SMP/MTs Kelas VIII
Titik-titik yang berada dalam kedalaman sama (terletak dalam satu bidang horisontal)
mempunyai tekanan hidrostatik yang sama.
Kesimpulan ini disebut Hukum Utama Hidrostatik.
Catatan:
h
merupakan besarnya tekanan hidrostatik air pada a dan b dinyatakan dalam
cmHg.
Bagaimana permukaan zat cair dalam pipa U? lakukan pengamatan di laboratorium.
Pada gambar 13.33 titik A dan B terletak pada satu garis horisontal yang melalui batas
kedua zat cair. Karena terletak satu garis horisontal tekanan hidrostatiknya sama:
P
1
=
P
2
ρ
1
gh
1
=
ρ
2
gh
2
ρ
1
h
1
=
ρ
2
h
2
r
1
= massa jenis zat cair pertama
r
2
= massa jenis zat cair kedua
h
1
= tinggi zat cair pertama di atas garis batas
h
2
= tinggi zat cair kedua yang berada di atas garis
kedua zat cair
Dari gambar 13.34, rumus penyelesaian soalnya
sebagai berikut.
P
1
=
P
2
ρ
1
h
1
=
ρ
2
h
2
+
ρ
3
h
3
P
2
= tekanan hidrostatik yang dilakukan oleh air dan minyak
Contoh soal:
1.
Pipa U dengan luas penampang 10 cm
2
, semula diisi dengan air hingga permukaan air
pada kedua kaki sama tinggi. Kemudian kaki kanan pipa U diisi dengan minyak tanah
setinggi 10 cm. Bila massa jenis minyak tanah 0,8 g/cm
3
dan massa jenis air 1 g/cm
3
,
berapakah beda tinggi permukaan air pada kedua kaki?
Penyelesaian:
Selisih tinggi air pada kedua kaki =
h
1
Berdasarkan hukum utama hidrostatika:
ρ
1
h
1
=
ρ
2
h
2
ρ
1
h
1
=
0,8 × 10
h
t
= 8 cm
}
}
ρ
2
h
2
h
1
ρ
1
Gambar 13.32
Gambar 13.33
ρ
1
}
h
1
ρ
3
ρ
2
h
2
h
2
}
}
A
B
B
A
IPA SMP/MTs Kelas VIII
231
2.
Berapa beda tinggi raksa di kaki kanan dan kiri, jika tinggi minyak tanah
h
3
cm, tinggi
air =
h
2
cm. Massa jenis raksa, air dan minyak tanah berturut-turut :
ρ
1
g/cm
3
;
ρ
2
g/cm
3
dan
ρ
3
g/cm
3
.
Penyelesaian:
h
1
= tinggi raksa
h
2
= tinggi air
h
3
= tinggi minyak
ρ
1
= massa jenis Hg
ρ
2
= massa jenis air
ρ
3
= massa jenis minyak
ρ
1
h
1
=
ρ
2
h
2
+
ρ
3
h
3
h
1
=
5. Bejana Berhubungan dengan
Pipa Kapiler
Menurut hukum utama hidrostatik bahwa
permukaan zat cair sejenis dalam keadaan seimbang yang
berada dalam bejana berhubungan terletak pada sebuah
bidang mendatar. Ternyata hukum bejana berhubungan
tidak berlaku jika pada bejana tersebut luas penampang
pipa tidak sama.
Seperti tampak pada gambar, air akan naik lebih
tinggi pada pipa yang lebih sempit.
(
h
3
>
h
2
>
h
1
di mana
A
1
>
A
2
>
A
3
)
Sedangkan raksa zat cair yang tidak membasahi
dinding pada pipa sempit raksa turun, semakin sempit
pipa semakin besar turunnya raksa. Penampang pada
B, C dan D:
A
1
,
A
2
,
A
3
turunnya raksa pada B, C dan
D:
h
1
,
h
2
, dan
h
3
. Dari gambar tampak
h
3
>
h
2
>
h
1
sedangkan
A
3
<
A
2
<
A
1
.
Gejala naik atau turunnya zat cair pada pipa sempit
disebut kapilaritas. Sedangkan pipa yang menyebabkan zat cair di dalam pipa naik atau turun
dibandingkan zat cair di luar pipa disebut pipa kapiler.
Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas terjadi pada naiknya air dari akar ke
semua bagian tumbuhan untuk mengangkut makanan, basahnya dinding tembok pada waktu
musim penghujan, naiknya spirtus pada sumbu lampu spirtus dan lain-lain.
A
B
C
D
Air raksa dalam pipa kapiler
h
1
h
3
h
2
Gambar 13.34
Pipa kapiler
A
B
C
D
h
1
h
2
h
3
Air dalam pipa kapiler
}
h
1
h
2
h
3
}
}
232
IPA SMP/MTs Kelas VIII
1
.
Pipa U kedua ujung kakinya terbuka diisi
dengan raksa dengan massa jenis 13,6 g/cm
3
.
Berapa cm minyak (massa jenis 0,8 g/cm
3
)
harus dituangkan ke dalam kaki yang satunya
supaya permukaan raksa dalam kaki tersebut
turun 1 cm?
2.
Massa jenis minyak tanah dapat dihitung
menggunakan pipa U, di mana massa jenis air
dianggap 1 gram/cm
3
.
Apabila tinggi minyak di atas air 10 cm dan selisih tinggi air di kaki kiri dan
kanan minyak 8 cm. Hit
unglah massa jenis minyak tanah!
1.
Gaya adalah besaran yang dapat mengubah gerak dan atau bentuk. Dalam sisten Satuan
Internasional satuannya newton (N) = kg m/s
2
2.
Tekanan (
P
) adalah gaya normal per satuan luas bidang tekan.
P
=
, satuan tekanan dalam SI adalah
2
N
(P
a
m
3.
Gaya kontak adalah gaya yang dimbul akibat kontak/sentuhan.
Contoh : gaya gesekan, gaya normal, gaya tegangan tali, gaya pegas
4.
Gaya dapat diukur dengan neraca pegas.
5.
Resultan gaya segaris :
R
=
F
1
+
F
2
+ ....
6.
Berat benda di bumi
w
, adalah gaya tarik yang dialami benda oleh bumi.
w
=
m.g
→
m
= massa (kg)
g
= percepatan gravitasi (m/s
2
)
7.
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.
a.
Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya
EP
=
mgh.
Kecakapan Personal
Rangkuman
IPA SMP/MTs Kelas VIII
233
b.
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya (
EK
).
EK
=
mv
2
c.
Energi mekanik (
EM
) =
EP
+
EK
d.
Hukum kekekalan energi mekanik berlaku jika pada benda hanya ada gaya berat
saja.
EM
1
=
EM
2
8.
Usaha (work)
Usaha adalah hasil kali komponen gaya yang sejajar perpindahan dengan perpindahan.
W
=
F . s
untuk
F
//
s
W
=
F s
cos
α
untuk
F
bersudut
α
terhadap
s
9.
Pesawat sederhana ada tiga yaitu
a.
katrol,
b.
pengungkit, dan
c.
bidang miring.
10. Tekanan hidrostatis, tekanan oleh zat cair diam
P
h
=
ρ
gh
11. Hukum Utama Hidrostatik berbunyi:
Titik-titik yang terletak pada garis horisontal di dalam zat cair tekanannya sama.
12. Hukum Pascal :
Zat cair yang mendapat tekanan diteruskan ke segala arah dengan sama besarnya.
13. Contoh penerapan Hukum Pascal pada:
a.
kempa hidrolik,
b.
dongkrak hidrolik, dan
c.
rem hidrolik.
234
IPA SMP/MTs Kelas VIII
A
α
Kerjakan di buku tugasmu!
A. Pilihlah jawaban yang paling tepat!
1.
Satuan kerja dalam SI adalah ....
a. Newton
b. Newton meter atau joule
c. Newton detik
d. Newton meter/detik
2.
Jika gaya yang melakukan usaha
dinyatakan dengan
F
, massa benda (
m
)
berpindah sejauh
s
akibat gaya tersebut
maka usaha oleh gaya
F
dirumuskan:
a.
W
=
F
×
a
c.
W
=
m
×
s
b.
W
=
F
×
s
d.
W
=
m
×
a
3.
Seorang yang beratnya 500 newton naik
dari lantai 1 ke lantai 2 yang tingginya
4 m pada sebuah gedung bertingkat,
gaya berat orang itu melakukan usaha
....
a. –2000 joule
c. 2000 joule
b. –4000 joule
d. 4000 joule
4.
Usaha yang dilakukan gaya rem
kendaraan bermotor bernilai ....
a. negatif
b. positif
c. dapat positif dapat negatif
d . nol
5.
Sebuah benda didorong dengan gaya
250 N di permukaan lantai mendatar
yang licin sehingga berpindah sejauh 4 m.
Besar kerja yang dilakukan gaya
tersebut ....
a. lebih besar dari 1000 joule
b. sama dengan 1000 joule
c. kurang dari 1000 joule
d. negatif
6.
Sebuah benda massanya 0,2 kg
jatuh
bebas dari ketinggian 8 m, jika perce-
patan gravitasi bumi
g
= 10 ms
-2
usaha
yang dilakukan gaya berat benda
tersebut ....
a. –160 joule
b. 160 joule
c. –40 joule
d. 40 joule
7.
Apabila seseorang menahan tiang
bendera selama 5 menit agar tidak
roboh maka kerja yang dilakukan orang
tersebut ....
a . nol
b. lebih kecil dari nol
c. lebih besar dari nol
d. tidak dapat ditentukan
8.
Sebuah benda dipengaruhi 4 buah gaya
seperti gambar, sehingga berpindah dari
A ke B. Pada perpindahan tersebut yang
tidak melakukan usaha adalah ....
a.
F
1
b.
F
2
c.
F
3
d.
F
4
Uji Kompetensi
z
B
IPA SMP/MTs Kelas VIII
235
9.
Dengan bidang miring yang sisi miringnya
10 m dan sisi tegaknya 3 m orang dapat
menaikkan benda yang beratnya 1000 N
cukup dengan gaya sebesar ....
a. 100 N
b. 200 N
c. 300 N
d. 400 N
10. Bila kita menaikkan benda yang beratnya
500 N menggunakan katrol lepas, maka
gaya minimal yang dibutuhkan ....
a. 500 N
b. 400 N
c. 300 N
d. 250 N
B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan jawaban singkat!
1.
Apakah yang dimaksud dengan usaha?
2.
Berapa usaha yang dilakukan oleh gaya 20 N yang menyebabkan benda bergerak dari
posisi
x
1
= 5 m kembali ke posisi
x
2
= 5 m?
3.
Usaha yang dilakukan oleh gabungan beberapa gaya samakah dengan jumlah usaha
yang dilakukan oleh masing-masing gaya? Jelaskan!
4.
Jika arah gaya yang melakukan usaha searah sumbu
x
positif dan perpindahan benda
dari
x
1
= –4 m ke
x
2
= –10 m, maka gaya tersebut melakukan usaha negatif, mengapa?
5.
Benda berpindah dari posisi awal pada
x
1
= 2 m ke posisi akhir
x
2
= 12 m, jika selama
benda itu bergerak dari
x
1
ke
x
2
, benda mengalami gaya searah sumbu
x
positif, maka
gaya tersebut melakukan usaha positif, jelaskan!
6.
Kapan gaya melakukan usaha positif?
7.
Kapan gaya melakukan usaha negatif?
8.
Jika gaya tegak lurus perpindahan usaha oleh gaya itu = nol, benarkah? Beri penjelasan!
9.
Sebuah benda jatuh dari ketinggian 10 m di atas tanah. Jika berat benda sebesar 100 N,
hitung usaha yang dilakukan oleh gaya berat benda tersebut pada saat mencapai tanah!
10. Sebuah buah kelapa mempunyai berat konstan 20 N selama jatuh dari pohonnya yang
memiliki tinggi 4 m, berapa usaha oleh gaya berat buah kelapa tersebut sehingga mencapai
tanah!
11. Bagaimanakah prinsip kerja tuas?
12. Seseorang mendorong tembok sebuah ruangan, apakah orang ini melakukan kerja/usaha?
Jelaskan!
13. Samakah prinsip kerja tuas dengan katrol? Jelaskan!
14. Samakah usaha dengan energi?
15. Jika kita menarik balok es di lantai kasar ternyata es lebih cepat melebur, apa
penyebabnya? Jelaskan!
236
IPA SMP/MTs Kelas VIII
minyak
1.
Massa balok
m
= 5 kg dan
g
= 10 ms
-2
berapakah:
a.
Panjang AB!
b.
Usaha yang dilakukan gaya berat dari A ke B!
2.
Jika
ρ
air
= 1000 kg/m
3
ρ
minyak
= 800 kg/m
3
Hitunglah
h
minyak!
Tugas Proyek