Usaha oleh Gaya Konservatif

By a Guy Who Teaches Physics for Fun
Usaha oleh gaya konservatif adalah salah satu topik yang Anda pelajari pada materi usaha dan Energi. Pada artikel ini, kami akan membahas apa itu gaya konservatif dan bagaimana usaha yang objek alami oleh gaya tersebut dilengkapi dengan contoh soal dan pembahasan.

Apa itu Gaya Konservatif?

Gaya konservatif adalah gaya yang ketika diberlakukan pada suatu objek, usaha yang dialami oleh objek tersebut hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir.
Contoh gaya konservatif di antaranya gaya gravitasi, gaya pegas, dan gaya listrik oleh 2 titik muatan.
Menariknya, gaya-gaya konservatif memungkinkan adanya energi potensial. Maksudnya apa? ayo kita lihat pasangan gaya dengan energi potensialnya pada tabel di bawah.
Tabel gaya konservatif dan non konservatif

Usaha Oleh Gaya Konservatif

Usaha oleh objek atau benda ketika hanya berlaku gaya konservatif hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir dan tidak bergantung pada jalur yang benda lalui. Apa maksudnya?
Kita akan membahas gaya konservatif yang paling sederhana terlebih dahulu yaitu gaya gravitasi. Usaha pada objek ketika hanya berlaku gaya gravitasi hanya bergantung pada ketinggian awal dan ketinggian akhir objek tersebut. Mari perhatikan gambar di bawah.
Gambar benda menuruni bidang miring, jatuh bebas, dan melewati ramp
*Gambar bisa digeser
3 buah benda bermassa sama berpindah dari ketinggian h_{1} ke h_{2} melalui jalur vertikal, bidang miring, dan vert ramp. Usaha yang ketiga benda alami adalah sama yaitu:
W=mgh_{1}-mgh_{2}
* mgh_{1} adalah ketinggian awal sedangkan mgh_{2} adalah ketinggian akhir.
*Penting untuk menentukan sistem dan lingkungan sebelum menentukan usaha. Pada kasus di atas, kita anggap benda sebagai sistem sedangkan lingkungan adalah semua objek selain benda tersebut termasuk juga bumi dan gravitasinya.
*Ingat rumus di atas hanya berlaku selama tidak ada gaya non konservatif yang berlaku seperti gaya gesek dengan permukaan atau udara. Pengecualian diberikan pada gaya normal yang berupa reaksi dari gaya berat.
Terdapat pula kasus di mana objek bergerak melawan gaya gravitasi dan berpindah ke posisi yang lebih tinggi. Perhatikan gambar di bawah.
orang memanjat tembok, menaiki bidang miring, menaiki tangga
*Gambar bisa di-swipe
Terlihat pada gambar 3 orang dengan massa yang sama berpindah dari ketinggian h_{1} ke h_{2} dengan 3 jalur berbeda.
Usaha minimal yang dialami oleh ketiga orang tersebut untuk melawan gaya gravitasi adalah sama seperti rumus sebelumnya yaitu:
W=mgh_{1}-mgh_{2}
*pada kasus gerak melawan gaya konservatif, Anda akan mendapatkan nilai negatif ketika mengoperasikan rumus tersebut. Apa maknanya jika usaha negatif? Lihat artikel kami makna nilai positif, negatif, dan nol usaha. Singkatnya usaha bernilai negatif berarti ketiga orang tersebut kehilangan sebagian energinya.
Terdapat pula rumus usaha oleh gaya konservatif dengan menghubungkan konsep energi potensial. Usaha yang benda alami jika hanya dipengaruhi oleh gaya konservatif adalah sebagai berikut.
W=mgh_{1}-mgh_{2}=-\Delta E_{p}
* \Delta E_{p}=E_{p2}-E_{p1}

Contoh Soal dan Pembahasan

Tentu akan sangat sulit memahami suatu konsep tanpa melihat contoh soal atau kasus pada dunia nyata. Berikut ini kami paparkan contoh soal dan pembahasan agar Anda dapat mencapai pemahaman yang lebih baik lagi.

Soal Bola menuruni lembah

Soal dan pembahasan usaha oleh gaya konservatif
Usaha sebesar 150 Joule yang dialami oleh benda menjadi energi kinetik benda tersebut dan Anda bisa hitung sendiri kecepatan ketiga benda tersebut menggunakan rumus E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2} (asumsikan kecepatan awal benda sebelum jatuh adalah nol).

Soal Rollercoaster

rollercoaster contoh soal fisika
Sebuah kereta rollercoaster mini berserta penumpangnya sedang berada pada ketinggian 30 meter dengan kecepatan nol. Kereta tersebut kemudian meluncur dan berada pada ketinggian 20 meter sebagaimana gambar di atas. Hitunglah kecepatan kereta jika massa kereta dan penumpangnya adalah 210 Kg.

Pembahasan:

Pertama kita hitung dulu usaha yang kereta dan penumpangnya alami.
\begin{aligned} W=&\;mgh_{1}-mgh_{2}\\ =&\;mg(h_{1}-h_{2})\\ =&\;(210)(9,81)(30-20)\\ =&\;20601\;\text{Joule} \end{aligned}
Usaha yang kereta dan penumpangnya alami menjadi energi kinetik, maka dari itu kita bisa menuliskan persamaan hubungan usaha dan energi berikut.
\begin{aligned} W=&\;E_{k}\end{aligned}
*Rumus di atas hanya berlaku jika kecepatan awal benda adalah nol. Jika tidak nol gunakan rumus W=\Delta E_{k}.
Selanjutnya kita operasikan lebih lanjut.
\begin{aligned} W=&\;E_{k}\\ 20601=&\;\frac{1}{2}mv^{2}\\ 20601=&\;\frac{1}{2}(210)v^{2}\\ v^2=&\;\frac{20601}{105}\\ v=&\;14\;m/s \end{aligned}
Demikian telah kita dapatkan jawaban dari soal di atas. Kecepatan kereta adalah 4m/s.
Share on whatsapp
Share on facebook
Share on twitter
Share on telegram
Bagikan ke Teman Anda
Pos Terkait

Tinggalkan Balasan