Materi Energi

LANDASAN TEORI

E. Materi Energi

1. Energi

Istilah energi bukanlah istilah yang asing bagi kita. Dalam beraktivitas sehari-hari kita selalu membutuhkan energi, baik ketika kita tidur, berjalan, menulis, membaca dan kegiatan lainya. Bukan hanya manusia, alat-alat seperti TV, Kipas angin, Sepeda motor, mobil dan lain sebagainya juga memerlukan energi untuk melakukan usaha.

Jadi untuk melakukan usaha diperlukan sejumlah energi. Dengan begitu energi diartikan sebagai sesuatu yang dibutuhkan oleh benda agar dapat melakukan usaha (Kanginan, 2006: 203).

Sumber energi dibagi atas dua: sumber energi tak terbaharui, seperti energi fosil dan minyak mentah dan sumber energi terbaharui, seperti eergi Matahari, energi angin, energi air, dll.

Satuan energi sama dengan satuan usaha yaitu joule. Satu joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar satu newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter. Satuan lain untuk menyatakan energi adalah kalori (disingkat Kal). Satuan kalori dapat dikonversi kedalam satuan joule sehingga :

1 kalori = 4,2 joule 1 joule = 0,24 kalori

2. Energi Kinetik

a. Pengertian energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya (Kanginan, 2006: 206). Nama energi kinetik diperkenalkan

pertama kali oleh Lord Kelvin fisikawan Inggris. Kata “Kinetik” berasal dari bahasa Yunani yang berarti “gerak”.

Energi kinetik merupakan besaran skalar; energi kinetik bergantung pada massa dan laju benda. Makin besar kelajuan , maka makin besar juga energi kinetiknya. Makin besar massa benda, makin besar juga energi kinetiknya.

b. Rumus energi kinetik

Energi kinetik bergantungg pada massa dan kelajuan benda, secara matematis persamaan energi kinetik adalah sebagai berikut

Posisi awal Posisi Akhir

F V

Gambar 2. 1 Perubahan posisi benda yang diberi gaya F

Pada gambar 2.1 sebuah benda bermassa m yang diam. Ketika gaya konstan diberikan selama benda menempuh jarak , benda akan bergerak dengan percepatan a sampai mencapai kecepatan akhir v. Usaha yang dilakukan pada benda W= F seluruhnya diubah menjadi energi kinetik benda pada keadaan akhir. Jadi, EK = W atau EK = F

Gunakan persamaan kecepatan dari GLBB

; ; (1)

Gunakan persamaan perpindahan dari GLBB

; ; (2) Energi kinetik EK dapat ditulis dengan

EK = F = (ma)( ) = =

Maka persamaan energi kinetik adalah EK = . (Kanginan, 2006: 207)

3. Hubungan Usaha dan Energi Kinetik ( Teorema usaha-energi)

Usaha yang dilakukan pada suatu benda memenuhi persamaan W= F (w = usaha, F = gaya, dan = perpindahan). Dengan mengganti F = m a (F = gaya, m = massa, dan a = percepatan). Jika kedua ruas dari persamaan F = m a dikalikan dengan , maka akan tampil usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda.

F = m (a

Hasil kali berkaitan dengan kecepatan awal v1 dan kecepatan akhir v₂ sesuai persamaan GLBB.

[ ]

Persamaan diatas dapat kita tulis sebagai

F [ ]

F (Kanginan, 2006: 209)

sebagai energi kinetik benda ( EK), sehingga persamaan diatas dapat kita tulis sebagai

F =

Kerja total yang dilakukan pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya. ( Giancoli, 1998:180) .

4. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial adalah energi yang berkaitan dengan posisi suatu benda. Misalnya, sebuah benda dengan massa m diangkat dari permukaan tanah sampai ketinggian h dari tanah. Apabila percepatan gravitasi bumi g, maka gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda adalah F = W = mg. Jadi, usaha yang diperlukan untuk mengangkat benda setinggi h adalah

W ₌ Fh

W ₌ mgh

Gambar 2.2 Benda yang diangkat setinggi h dari tanah

Dengan demikian, benda yang berada pada ketinggian h mempunyai potensi untuk melakukan usaha sebesar W = m.g.h. Dikatakan benda tersebut mempunyai energi potensial gravitasi, yang besarnya

mgh

=

E

_p

dengan Epsama dengan energi, m sama dengan massa, g sama dengan percepatan gravitasi bumi, dan h sama dengan ketinggian dari permukaan bumi.

Apabila benda mula-mula berada pada ketinggian h1, karena gaya beratnya benda bergerak vertikal ke bawah hingga ketinggian h₂ dari bidang acuan

Gambar 2.3 benda yang bergerak vertikal ke bawah dari keadaan hingga keadaan

W = mgh1- mgh2 = - mg (h₂ - h₁) W = EP

Sehingga kerja yang dilakukan oleh gaya berat merupakan selisih perubahan energi potensial benda tersebut.

= EP

Tanda negatif pada di depan merupakan hal yang penting. Ketika benda bergerak naik, h akan semakin besar,kerja yang dilakukan gaya gravitasi akan negatif, maka energi potensial gravitasi akan bertambah. Sebaliknya ketika benda bergerak turun, h akan

berkurang gaya gravitasi akan melakukan kerja positif maka energi potensial gravitasi akan berkurang.

5. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Energi mekanik merupakan gabungann dari energi potensial dan energi kinetik.

a. Menurunkan Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Jika tidak ada gaya-gaya nonkonservatif, maka ^{= 0, prinsip} umuum teorema usaha-energi kita peroleh

⁼ ( 1)

Usaha oleh gaya resultan ^{adalah usaha yang dilakukan oleh} gaya-gaya konservatif, , dan gaya-gaya tak konservatif, ^, seingga

⁼ (2)

Jika pada sistem hanya bekerja gaya-gaya konservatif, , dan persamaan tersebut menjadi

⁼

= (3)

Telah kita ketahui bahwa = , sehingga =

atau . Jumlah , sehingga dapat kita tulis

^{= 0} Atau (4)

^{= (5)}

Persamaaan 4 dan 5 dikenal dengan sebutan hukum kekekalan energi mekanik. Hukum Ini berbunyi enrgi mekanik sistem pada posisi akhir sama dengan energi mekanik sistem pada posisi awal. b. Aplikasi hukum kekekalan energi meknik pada benda jatuh

bebas

Untuk sistem yang bergerak di bawah gaya berat, misalnya pada kasus gerak jatuh bebas. Energi mekaniknya terdiri dari energi potensial gravitasi konstan EP = mgh dan energi kinetik EK = m , sehingga hukum kekekalan energi mekanik dapat kita tulis

⁼

Gerak jatuh bebas dari sebuah benda yang mula-mula berada pada ketinggian H diatas tanah. Kita tetapkan tanah sebagi bidang acuan h= 0 ( atau EP= 0). Pada gambar 2. 4, di posisi 1 benda belum bergerak,sehingga = 0 atau = = 0. Semua energi mekanik berbentuk energi potensial: EM= =mgH.

Di posisi 2, energi mekanik sebagian berbentuk energi potensial dan sebagian lagi energi kinetik, sehingga

=

Sesaat sebelum benda menyentuh tanah, h= 0 atau Ep= 0. Semua energi mekanik berbentuk energi kinetik

= ^{= m}

Dengan mengaplikasikan hukum kekekalan energi mekanik pada kasus gerak jatuh bebas seperti gambar 4, kita peroleh

EM = = =

= = mgh + m

= mgH

⁼

39 BAB III

METODE PENELITIAN