Gambar Sampul IPA · Bab XIII Peranan Usaha, Gaya, dan Energi dalam Kehidupan Sehari-hari
IPA · Bab XIII Peranan Usaha, Gaya, dan Energi dalam Kehidupan Sehari-hari
Henry

23/08/2021 07:09:31

SMP 8 KTSP

Lihat Katalog Lainnya
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