Konsep Usaha dan Energi dalam Fisika SMP Lengkap dengan Contoh Soal

by

Dalam mata pelajaran fisika SMP, salah satu materi penting yang perlu dipahami siswa adalah usaha dan energi. Kedua konsep ini sering muncul dalam kehidupan sehari-hari dan menjadi dasar untuk mempelajari materi fisika di jenjang lebih tinggi.

Apa Itu Usaha dalam Fisika?

Secara sederhana, usaha dalam fisika bukan sekadar pekerjaan, melainkan hasil kali gaya dengan perpindahan yang searah dengan gaya tersebut. Rumusnya:

W=F×s×cos⁡θW = F \times s \times \cos \thetaW=F×s×cosθ

Keterangan:

  • W = Usaha (Joule)

  • F = Gaya (Newton)

  • s = Perpindahan (meter)

  • θ = Sudut antara gaya dan perpindahan

Artinya, usaha hanya terjadi bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan. Jika benda tidak berpindah, maka usaha yang dilakukan adalah nol.

Contoh dalam kehidupan:

  • Mendorong meja hingga bergeser beberapa meter.

  • Mengangkat buku dari lantai ke atas meja.

Namun, bila kita mendorong tembok dengan kuat tapi tembok tidak bergerak, maka usaha yang dilakukan sama dengan nol.

Apa Itu Energi?

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi memiliki berbagai bentuk, seperti energi kinetik (karena gerak), energi potensial (karena posisi), energi listrik, energi panas, dan lain-lain.

Dua bentuk energi yang paling sering dipelajari di SMP adalah:

  1. Energi Kinetik (Ek)

    Ek=12mv2Ek = \tfrac{1}{2} m v^2Ek=21​mv2

    • m = massa benda (kg)

    • v = kecepatan (m/s)

  2. Energi Potensial (Ep)

    Ep=mghEp = m g hEp=mgh

    • m = massa benda (kg)

    • g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

    • h = ketinggian (m)

Kedua energi ini saling berkaitan. Misalnya, saat bola dijatuhkan dari ketinggian, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik.

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan, hanya berubah bentuk. Dalam sistem tertutup tanpa gesekan, jumlah energi potensial dan energi kinetik akan tetap:

Em=Ep+EkEm = Ep + EkEm=Ep+Ek

baca juga: Les Privat Calistung

Contoh Soal Usaha dan Energi

Soal 1
Seorang siswa mendorong meja dengan gaya 50 N sejauh 2 meter searah gaya. Hitung usaha yang dilakukan!

Jawaban:

W=F×s×cos⁡θW = F \times s \times \cos \thetaW=F×s×cosθ W=50×2×cos⁡0∘W = 50 \times 2 \times \cos 0^\circW=50×2×cos0∘ W=100JW = 100 JW=100J

Jadi, usaha yang dilakukan adalah 100 Joule.

Soal 2
Sebuah bola bermassa 2 kg dijatuhkan dari ketinggian 5 meter. Hitung energi potensialnya!

Jawaban:

Ep=m×g×hEp = m \times g \times hEp=m×g×h Ep=2×9,8×5Ep = 2 \times 9,8 \times 5Ep=2×9,8×5 Ep=98JEp = 98 JEp=98J

Jadi energi potensial bola adalah 98 Joule.

Kesimpulan

Materi usaha dan energi dalam fisika SMP sangat penting karena menjadi dasar pemahaman berbagai fenomena alam. Usaha terjadi bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan, sementara energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Dengan memahami konsep ini, siswa akan lebih mudah menghubungkan teori dengan kejadian nyata di sekitar mereka.