Gaya Konservatif

Gaya konservatif bukan nama sebuah gaya, seperti gaya gravitasi, gaya gesek dll. Gaya konservatif menjelaskan sifat suatu gaya. Apabila usaha total yang dilakukan oleh suatu gaya pada sebuah benda, selama benda berpindah menjauhi posisinya semula hingga benda tersebut kembali lagi ke posisinya semula, sama dengan nol, maka gaya tersebut termasuk gaya konservatif. Suatu gaya disebut konservatif jika usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu benda tidak bergantung pada lintasan yang dilalui benda tetapi hanya bergantung pada perubahan posisi awal dan posisi akhir.

Pengertian gaya konservatif lebih mudah dipahami jika anda telah memahami pengertian usaha dalam fisika. Pelajari dua contoh soal berikut agar anda memahami pengertian gaya konservatif.

 Contoh 1

Tinjau sebuah benda yang bergerak vertikal ke atas lalu benda tersebut bergerak vertikal ke bawah menuju posisinya semula.

Ketika benda bergerak ke atas, arah perpindahan benda ke atas, sebaliknya arah gaya gravitasi atau gaya berat (w) ke bawah. Arah perpindahan benda berlawanan dengan arah gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha negatif.

W₁ = F s = w h (cos 180) = w h (-1) = – w h = – m g h

Ketika benda bergerak ke bawah menuju posisinya semula, arah perpindahan benda ke bawah dan arah gaya gravitasi juga ke bawah. Arah perpindahan benda sama dengan arah gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha positif.

W₂ = F s = w h (cos 0) = w h (1) = w h

Usaha total yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda selama benda bergerak ke atas lalu bergerak ke bawah sama dengan nol.

W_total = W₁ + W₂ = – w h + w h = 0

Misalnya massa benda (m) = 1 kg, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s² dan ketinggian (h) = 1 meter maka W₁ = -10 Joule dan W₂ = 10 Joule. Usaha total = – 10 Joule + 10 Joule = 0

Contoh 2

Tinjau sebuah benda yang berpindah dari lembah menuju puncak lalu berpindah lagi menuju lembah.

Selama benda bergerak di atas bidang miring, hanya komponen horisontal gaya gravitasi (w sin teta) yang melakukan usaha pada benda. Ketika benda bergerak dari lembah menuju puncak bidang miring, arah perpindahan berlawanan dengan arah komponen horisontal gaya gravitasi (w sin teta) karenanya gaya gravitasi melakukan usaha negatif.

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda selama benda bergerak dari lembah menuju puncak.

W₁ = – F s = – (w sin teta)(s) = – w s sin teta

Karena sin teta = h / s atau h = s sin teta maka rumus di atas diubah menjadi

W₁ = – w h = – m g h

Ketika benda bergerak dari puncak menuju lembah, perpindahan searah dengan komponen horisontal gaya gravitasi karenanya gaya gravitasi melakukan usaha positif.

W₂ = w h = m g h

Usaha total

Wtotal = – m g h + m g h = 0

Misalnya massa benda (m) = 1 kg, percepatan gravitasi (g) = 10 m/s² dan ketinggian (h) = 1 meter maka W₁ = -10 Joule dan W₂ = 10 Joule. Usaha total = – 10 Joule + 10 Joule = 0

Berdasarkan rumus yang digunakan pada contoh 2, dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda ketika benda bergerak melalui bidang miring sejauh s sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi pada benda jika benda bergerak tegak lurus sejauh h.

Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi tidak bergantung pada lintasan yang dilalui tetapi hanya bergantung pada perubahan ketinggian. Dengan kata lain, usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi hanya bergantung pada posisi awal dan posisi akhir.

Dua contoh ini menunjukkan bahwa gaya gravitasi termasuk gaya konservatif. Suatu gaya termasuk gaya konservatif jika memenuhi dua syarat. Pertama, usaha total yang dilakukan oleh gaya pada suatu benda selama benda berpindah menjauhi posisi awal hingga kembali lagi ke posisi awal, sama dengan nol bandingkan contoh 1). Kedua, usaha total yang dilakukan oleh gaya pada benda tidak bergantung pada lintasan yang dilalui oleh benda tetapi bergantung pada perubahan posisi (bandingkan contoh 2).

Beberapa gaya yang termasuk gaya konservatif adalah gaya gravitasi, gaya listrik, gaya magnet.