Gagasan utama
Metode energi menghindari kita mengikuti gaya dari saat ke saat. Usaha oleh gaya total sama dengan perubahan energi kinetik, dan bila hanya gaya konservatif yang bekerja, energi mekanik total tetap.
- Usaha adalah W = Fd cos θ, dengan θ sudut antara gaya dan perpindahan. Gaya yang tegak lurus gerak tidak melakukan usaha.
- Energi kinetik adalah ½mv², energi potensial gravitasi di dekat Bumi adalah mgh, dan pegas menyimpan ½kx².
- Daya adalah laju melakukan usaha: P = W ÷ t, atau P = Fv untuk gaya searah kecepatan.
- Gesekan dan gaya non-konservatif lain mengambil energi mekanik dari sistem sebagai kalor, jadi masukkan usahanya dalam neraca.
Persamaan penting
W = Fd cos θKE = ½mv²PE = mghPE = ½kx²P = W ÷ t = FvW_net = ΔKE
Contoh soal
Bola 2,0 kg dijatuhkan dari 5,0 m (g = 9,8 m/s²). Energi potensial yang hilang adalah mgh = 2,0 × 9,8 × 5,0 = 98 J, dan menjadi energi kinetik. Dari ½mv² = 98 J diperoleh v = √(2 × 98 ÷ 2,0) = 9,9 m/s. Massa saling meniadakan, sehingga v = √(2gh) untuk bola apa pun.
Kesalahan umum
- Memakai seluruh gaya dalam W = Fd padahal gaya membentuk sudut dengan perpindahan.
- Lupa bahwa energi kinetik bergantung pada kuadrat kelajuan: kelajuan dua kali lipat membuat energi empat kali lipat.
- Mencampuradukkan energi, yang diukur dalam joule, dengan daya, yang diukur dalam watt.
Latihan
Uji dirimu dengan soal latihan tentang topik ini: Usaha, energi, dan daya