Apa itu Usaha Oleh Gaya Tak Konstan? Penasaran ingin mengetahuinya? Simak penjelasan lengkapnya di sini! Kami juga telah menyediakan soal atau kuis dengan tingkat kesulitan yang berbeda sebagai latihan.
Lewat pembahasan ini, kamu bisa belajar mengenai Usaha Oleh Gaya Tak Konstan. Kamu akan diajak untuk memahami materi dan tentang metode menyelesaikan soal.
Kamu juga akan memperoleh latihan soal interaktif yang tersedia dalam tiga tingkat kesulitan, yaitu mudah, sedang, dan sukar. Tertarik untuk mempelajarinya?
Sekarang, kamu bisa mulai mempelajari materi lewat uraian berikut. Apabila materi ini berguna, bagikan ke teman-teman kamu supaya mereka juga mendapatkan manfaatnya.
Kamu dapat download modul & kumpulan soal usaha oleh gaya tak konstan dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:
Definisi
Pada pengertian usaha oleh gaya tak konstan, besar gaya yang bekerja pada suatu objek tidak selalu konstan. Beberapa gaya dipengaruhi oleh jarak seperti gaya pegas, gaya coulomb dan gaya gravitasi. Ada juga gaya yang dipengaruhi oleh kecepatan seperti gaya hambat fluida. Pada bagian ini dibahas tentang materi usaha yang diakibatkan oleh gaya-gaya tak konstan yaitu konsep usaha oleh gaya yang berubah terhadap jarak.
Usaha oleh Gaya tak Konstan
Jika gaya yang bekerja pada suatu objek merupakan fungsi jarak atau perpindahan $F(x)$ maka besar gaya berubah setiap saat terhadap jarak. Untuk menentukan besar rumus usaha yang dilakukan maka harus mengalikan gaya yang bekerja setiap saat dengan jarak yang ditempuh setiap saat pula kemudian dijumlahkan. Misalkan besar gaya yang berubah terhadap jarak dapat digambarkan seperti grafik berikut. Gaya bekerja dari jarak $x=x_{i}$ hingga $x=x_{f}.$
Besar usaha yang dilakukan dapat dihittung dengan menghitung luas daerah di bawah kurva. Untuk mempermudah menghitung luas daerah dibawah kurva, terlebih dahulu bagi area di bawah kurva menjadi bagian-bagian yang kecil seperti grafik berikut. Misalkan bagian terkecil memiliki lebar $dx$ dan tinggi $F_{x}$ maka pembagian ini menghasilkan bagian-bagian kecil dengan luas $dA=F_{x}dx=dW.$
Luas yang terbentuk ini merupakan contoh usaha yang dilakukan oleh gaya untuk jarak sejauh $dx.$
\begin{equation}
dW=F_{x}dx
\end{equation}
Usaha total dapat ditentukan dengan mengintegralkan persamaan (1) dengan batas $x_{i}$ hingga $x_{f}.$
\begin{equation}
W=\intop F_{x}dx
\end{equation}
Contoh Soal & Pembahasan
- Salah bentuk gaya yang merupakan fungsi jarak adalah gaya pegas $F=-kx$ dengan $k$ disebut sebagai konstanta pegas. Tentukan usaha yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas dari sepanjang $x_{i}$ hingga menjadi sepanjang $x_{f}!$
Penyelesaian:
Usaha yang dibutuhkan adalah
$\begin{alignedat}{1}W & =\intop_{x_{i}}^{x_{f}}-kxdx\\
W & =\left[-\frac{1}{2}kx^{2}\right]_{x_{i}}^{x_{f}}\\
W & =\frac{1}{2}k(x_{i}^{2}-x_{f}^{2})
\end{alignedat}
$
- Gaya yang bekerja pada objek digambarkan sebagai grafik $F-x$ seperti gambar berikut.
Hitung usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut.
Penyelesaian:
Usaha yang dilakukan adalah
$\begin{alignedat}{1}W & =\mbox{luas segitiga}\\
W & =\frac{1}{2}\times5\times10^{-2}\times20\\
W & =5\times10^{-1}\mbox{N}
\end{alignedat}
$