Hukum III Newton atau Hukum aksi reaksi berbunyi “Suatu benda mendapatkan gaya dikarenakan berinteraksi dengan benda yang lain“Secara matematis ditulis :
3.4.2 Jenis-jenis Energi .1 Energy potensial
untuk melakukan aktifitas. Selain untuk tubuh kita beraktifitas, energy juga diperlukan untuk semua kegiatan lain seperti penerangan lampu, mobil dapat bergerak, bahkan seluruh kehidupan di muka bumi sangat bergantung pada pasokan energy yang berasal dari matahari.
Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut. Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.
3.4.2 Jenis-jenis Energi 3.4.2.1 Energy potensial
Energy potensial adalah energy yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya. Energy ini tersimpan pada benda, namunsewaktu-waktu dapat muncul saat berubah menjadi energy lain. Contohnya, buah durian diatas pohon memiliki energy potensial tetapi saat durian jatuh
Salah satu contoh energy yang masuk dalam energy potensial adalah energy potensial gravitasi dan energy potensial pegas.
Energi potensial gravitasi
Energi potensial gravitasi Merupakan energy potensial yang dimiliki benda karena berada dalam medan gravitasi. Semua benda disekeliling bumi berada dalam pengaruh medan gravitasi bumi, dan karenanya memiliki energy potensial gravitasi.Energi potensial gravitasi dapat digambarkan sebagai berikut :
Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.
h g
Gambar 3.2 Energi potensial gravitasi
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
38 Ep = w . h = m . g . h
Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh. Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak.
Dari gambar dan keterangan di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :
(3.9) Keterangan : EP = energi potensial gravitasi (joule atau J),
m = massa (kg),
g = percepatan gravitasi (m/s2), h = ketinggian benda dari acuan (m).
Energi potensial grafitasi tergantung dari percepatan grafitasi bumi, kedudukan benda dan massa benda.
Contoh soal :
Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh dari ketinggian 10 m.Hitung energi pitensial gravitasi benda tersebut! (g=10 m/s2)
Jawaban : Diket :m = 2 kg h = 10 m Ditanya : Ep? Jawab: Ep = m . g = 2 . 10 . 10 = 200 J
Energi potensial pegas
Ketika kita menarik sebuah benda elastik sampai benda mengalami pertambahan panjang maka benda tersebut akan menunjukkan kemampuannya untuk kembali ke bentuk semula, inilah yang menunjukkan energi potensial pegas. Tentunya kemampuan pegas ini ditentukan dengan nilai konstanta pegasnya. Akan berbeda jika pegas yang leastis dengan yang kurang elastis. Hubungan antar pertambahan panjang pegas (x) terhadap besarnya gaya (F) dilukiskan dalam grafik:
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
39
Besar Energi Potensial Pegas (Ep ) sama dengan Luasan segitiga yang diarsir.
Dari grafik dan keterangan di atas dapat di tulis dalam persamaan matematis sebagai berikut:
Gaya pegas (F) = k . x (3.10)
Ep Pegas (Ep) = ½ k. x2 (3.11)
Keterangan : k = konstanta gaya pegas (N/m) x = regangan (m)
Ep= energy potensial pegas (joule) Contoh soa l :
Sebuah pegas agar bertambah panjang sebesar 0.25 m membutuhkan gaya sebesar 18 Newton. Tentukan konstanta pegas dan energi potensial pegas !
Jawaban:
Dari rumus gaya pegas kita dapat menghitung konstanta pegas: Fp = - k x
k = Fp /x
= 18/0.25 = 72 N/m Energi potensial pegas: Ep = 1/2 k (x)2
= 1/2 . 72 (0.25)2 = 2.25 Joule
3.4.2.2 Energy kinetic
Setiap benda yang bergerak memberikan gaya pada benda lain dan memindahkannya sejauh jarak tertentu. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetikos,
Energi kinetik dirumuskan :
Ek = ½ m v
yang artinya “gerak”. ketika benda bergerak, benda pasti memiliki kecepatan. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.
2 (3.12)
Keterangan : EK = energi kinetik (joule atau J) m = massa (kg)
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
40
Contoh soal :
Sebuah balok bermassa 6 kg memiliki energi kinetik sebesar 48 J. hitunglah kecepatan balok tersebut..? Jawaban: Diket : m = 6 kg Ek= 48 J Ditanya : v=……….? Jawab : Ek = ½ mv2 48 = ½ 6 v2 v2 Em = Ek + Ep (3.13) Contoh soal :
Suatu partikel dengan massa 1kg didorong dari permukaan meja yang ketinggiannya2 m sehingga kecepatan partikel pada saat lepas dari meja = 2m/s Tentukanlah energi mekanik partikel pada saat ketinggiannya dari tanah 1 m ?
Jawaban: Diket : m = 1 kg h = 48/3 = 16 v = √(16) = 4 m/s 3.4.2.3 Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.
1 = 1 m v1= 2 m/s Ditanya : EM2 =………….? Jawab : EM= EP + EK = mgh1 + ½ mv12 = (1 .10 . 2) + ½ 1 (2)2 = 20 + 2 = 22 J EM2 = EM1
Jadi energi itu adalah KEKAL
Em = 22 J
Hukum Kekekalan Energi Mekanik.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
41 Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Suatu ketika ada seseorang pelaut malang yang terdampar dipulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapt menerbagkan layang layang dan berharap ada kapal yang melihat laying laying tersebut. Kedua dia menyimpan pesan dalam boltol dan membiarkanya mengapung diatas air sampai ada orang yang menemukanya. Ketiga, dia membuat rakit untuk mencoba pergi dari pulau itu. Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angin yang akan membuat layangan mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya angina dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik / mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kamu pun
(3.15) 3.4.3 Aplikasi usaha dan energi dalam kehidupan sehari-hari Usaha
Contoh Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha: usaha seorang anak untuk menjadi pandai, mendorong meja, mengangkat batu dll.
Energi mekanik.
Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yang bergantung di pohonya, mungkin kamu mengharapkan buah mangga tersebut jatuh dari pohonya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh dari pohonya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonya, buah mangga harus memiliki energi. Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak ke bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandung ketika buah mangga bergerak jatuh?
Dalam peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi yang saling mempengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, sedangkan energi gerak di sebut energi kinetik.
Energi potensial.
Tahukah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adalah energi akibat perbedaan ketinggian. Apakah energi ini akibat oleh ketinggian saja ?.
Contoh :
Buah kelapa yang bergantung dipohonya menyimpan suatu energi yang disebut energi potensial. Energi potensial yang dimiliki buah kelapa di akibatkan oleh adanya gaya tarik bumi sehingga jatuhnya selalu kepusat bumi. Energi potensial potensial akibat gravitasi bumi disebut energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi pun bisa diakibatkan oleh tarikan benda benda lain seperti tarikan antarplanet. Adapun energi potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau karet yang kamu regangkan disebut energi potensial pegas. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energi potensial pegas pegas muncul akibat adanya perbedaan kedudukan dari titik keseimbangan. Titik keseimbangan adalah titik keadaan awal sebelum benda ditarik.Energi potensial gravitasi dipengaruhi oleh percepatan gravitasi.
Bahan Ajar Fisika Teknik 2015
42
memiliki energi kinetik bila bergerak. Kesimpulan dari diatas adalah bahwa energi kinetik bergantung pada massa benda dan kecepan benda tersbut.
3.5 Daya
Orang dewasa dan anak kecil memindahakan buah kelapa. Keduanya sama-sama melakukan usaha, tetapi dalam waktu yang sama orang dewasa akan dapat memindahakan buah kelapa lebih banyak. Hal ini dikatakan bahwa orang dewasa tersebut mempunyai daya yang lebih besar. Juga pada kompor listrik, setrika, dan lampu mempunyai daya yang berbeda-beda.Jadi daya dapat diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha tiap satuan waktu atau kecepatan untuk melakukan usaha.
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.
t W
p = (3.16)
Keterangan : P = daya satuannya watt W = usaha joule
t = waktu
Daya termasuk besaran scalar yang dalam satuan MKS mempunyai satuan watt atau J/s. Jadi 1 watt adalah besar daya yang dapat menimbulkan usaha 1 joule tiap sekon. Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watHP = Horse power ; DK = Daya kuda ; PK = Paarden Kracht. 1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .106 watt.detik = 3,6 . 106
3.5.1 Aplikasi daya dalam kehidupan sehari-hari :