(RPP) XIX Identitas
XXI. Pencapaian Indikator
1. Mendeskripsikan hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan 2. Menghitung besar energi potensial dan energi kinetik
3. Menganalisis hubungan antara usaha dan energi kinetik 4. Menganalisis hubungan antara usaha dengan energi potensial
5. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak misalnya gerak jatuh be- bas, gerak parabola dan gerak harmonik sederhana
6. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak dalam bidang miring 7. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak benda pada bidang lingka-
ran
8. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak satelit 9. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak getaran XXII. Tujuan
1. Siswa dapat mendeskripsikan hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan
2. Siswa dapat menghitung besar energi potensial (gravitasi dan pegas) dan energi kine- tik
3. Siswa dapat menganalisis hubungan antara usaha dan energi kinetik 4. Siswa dapat menganalisis hubungan antara usaha dengan energi potensial
5. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak misalnya gerak jatuh be- bas, gerak parabola dan gerak harmonik sederhana
6. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak dalam bidang miring 7. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak benda pada bidang lingka-
ran
8. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak satelit 9. Menerapkan hukum kekekalan energi mekanik pada gerak getaran XXIII. Materi
1. Usaha
Dalam fisika, pengertian usaha hampir sama dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari. Kesamaannya adalah dalam hal kegiatan dengan mengerahkan tenaga. Pengertian usaha dalam fisika selalu menyangkut tenaga atau energi. Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang melakukan usaha itu harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan. Maka usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya. Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s, maka F melakukan usaha sebesar W, yaitu :
sudut yang dibentuk oleh gayan F dengan perpindahan s adalah θ, maka besarnya usaha dapat dituliskan sebagai:
Gambar 1.1 Keterangan : W = usaha F = gaya
s
= perpindahan α =Dalam sistem satuan SI, satuan usaha adalah joule, yang dilambangkan dengan huruf J. Satu joule didefinisiksn sebagai besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya 1 Newton yang bekerja searah dengan perpindahan benda, yang menyebabakan perpindahan sejauh 1 meter. Dengan demikian,
1 joule = 1 newton x 1 meter 1 J = 1 Nm
1 J = 0,24 kalori
Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilojoule (kJ) dan megajoule (MJ).
1 kJ = 1000 J 1 MJ = 1000.000 J
Dari persamaan 1.2, dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya :
a. Berbanding lurus dengan besarnya gaya, b. Berbanding lurus dengan perpindahan benda,
c. Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda.
Jika benda titik tidak berpindah maka gaya tidak melakukan usaha. Hal ini sesuai W = F cos α . s W = W1 + W2 + ... F s F cos α α
Demikian pula gaya yang tegak lurus perpindahan dikatakan tidak melakukan usaha. Hal ini sesuai dengan persamaan di atas bahwa W = 0, jika α = 90o atau cos 90o = 0. Jika pada satu benda dikenai beberapa gaya, maka usaha merupakan penjumlahan skalar tiap-tiap usaha yang dilakukan oleh setiap gaya. Secara sistematis dinyatakan dengan
1. Energi
Energi dalam fisika didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Berarti, untuk berlari kita memerlukan energi, untuk belajar kita memerlukan energi, dan secara umum untuk melakukan kegiatan kita memerlukan energi. Dari mana kita memperoleh energi untuk melakukan kegiatan sehari-hari? Untuk melakukan aktivitas, kita perlu makanan. Dengan demikian, energi kita dapatkan dari makanan yang kita santap sehari-hari. Bila makanan yang kita santap kurang mencukupi, tubuh kita akan lemas sehingga kita akan merasa malas untuk melakukan suatu kegiatan.
a. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena gerakannya. Energi kinetik disebut juga energi gerak. Misalnya anak panah yang dilepas dari busur bergerak dengan kecepatan tertentu memiliki energi kinetik. Anak panah ini dapat melakukan usaha, yaitu menancap pada sasaran yang dipasang didepannya.
Energi kinetik merupakan besaran skalar. Secara kuantitatif energi kinetik (Ek) dirumuskan sebagai:
Keteranan :
Ek = energi kinetik (Joule) m = massa benda (kg) v = kecepatan (m/s)
Dengan demikian besar energi kinetik berbanding lurus dengan massa benda m dan kuadrat kecepatannya (v2).
Hubungan antara usaha yang dilakukan pada suatu benda dan energi kinetiknya dinyatakan dengan Teorema Usaha-Energi berikut ini. Usaha yang dilakukan oleh
Ek = ½ mv2
E
k = ½ mv 2
benda itu.
Teorema tersebut dirumuskan:
b. Energi Potensial
Secara umum, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda atau dalam suatu keadaan tertentu. Dengan demikian, dalam air terjun terdapat energi potensial, dalam batu bara terdapat energi potensial, dalam tubuh kita terdapat energi potensial. Energi potensial, karena masih tersimpan, baru bermanfaat ketika diubah menjadi bentuk energi lain. Energi potensial yang tersimpan dalam air yang berada di atas suatu tebing baru bermanfaat ketika diubah menjadi energi kinetik dalam air terjun. Energi potensial dalam batu bara baru bermanfaat ketika diubah menjadi energi panas melalui pembakaran. Energi potensial dalam tubuh kita akan bermanfaat jika kita mengubahnya menjadi energi gerak yang dilakukan oleh otot- otot tubuh kita.
Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni dalam mekanika, energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan atau keadaan benda tersebut. Bentuk energi yang paling sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah energi potensial gravitasi. Misalnya kelereng di atas meja memiliki energi potensial. Jika kelereng dibiarkan jatuh dari atas meja, maka kelereng dapat melakukan usaha. Buktinya, jika kaki kita tertimpa kelereng, maka akan merasa sakit.
Energi potensial gravitasi yang dimiliki benda disebabkan oleh ketinggiannya terhadap bidang acuan tertentu. Akibat ketinggian ini, jika benda dibebaskan, benda akan ditarik oleh gaya tarik bumi (gaya gravitasi bumi) sehingga benda jatuh. Selanjutnya energi potensial gravitasi cukup disebut energi potensial.
Dalam perhitungan kuantitatif, energi potensial gravitasi suatu benda didefinisikan sebagai hasil kali berat benda (mg) dengan ketinggiannya (h) dari suatu bidang acuan tertentu. Energi potensial gravitasi dirumuskan :
Ep = m . g . h
perubahan energi potensial antara dua titik tetap sama. Secara umum, jika benda yang
ketinggian awalnya h1 di atas titik acuan dan ketinggian akhirnya h2 di atas titik acuan, maka perubahan energi potensial adalah:
Energi potensial benda dapat bernilai negatif jka benda berada dibawah titik acuan. Dalam hal ini ketinggian (h) bernilai negatif. Dengan demikian berlaku: