Sistem Kehidupan
1. Pertemuan I : Konsep Energi dan Sumber Energi (3 JP) a Materi untuk Guru
Manusia membutuhkan energi untuk bekerja, bergerak, bernapas, dan mengerjakan banyak hal lainnya. Energi menyebabkan mobil, motor, pesawat, dan kereta api dapat berjalan. Energi menyalakan peralatan listrik di rumah kita. Energi ada di mana-mana. Bahkan tumbuhan dan hewan membutuhkan energi untuk tumbuh dan berkembang. Dengan demikian, untuk melakukan usaha diperlukan energi.
Dengan kata lain, energi adalah kemampuan untuk mengatur ulang suatu kumpulan materi. Misalnya, Anda menggunakan energi untuk membalik halaman buku ini. Energi terdapat dalam berbagai bentuk dan kerja kehidupan tergantung pada kemampuan organisme mengubah energi dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja) atau melakukan suatu perubahan. Energi memiliki berbagai bentuk.
1) Energi Potensial
Suatu benda dapat menyimpan energi karena kedudukan atau posisi benda tersebut. Contohnya, suatu beban yang diangkat setinggi h akan memiliki energi potensial, sementara busur panah yang berada pada posisi normal (saat busur itu tidak diregangkan) tidak memiliki energi potensial. Dengan demikian, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.
Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan.
EP = mgh ………(1) dengan: EP = energi potensial (Joule), w = berat benda (newton) = mg, m = massa benda (kg),
g = percepatan gravitasi bumi (m/v), dan h = tinggi benda (m).
a b
busur tidak teregang
busur teregang
Sumber: Dok. Kemedikbud Gambar 6.1 Energi potensial
Sebuah benda yang berada pada suatu ketinggian tertentu apabila dilepaskan, akan bergerak jatuh bebas sebab benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi. Energi potensial gravitasi benda yang mengalami jatuh bebas akan berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya berat.
Perhatikanlah Gambar 6.2 Apabila tinggi benda mula-mula h1, usaha yang dilakukan oleh gaya berat untuk mencapai tempat setinggi h2 adalah sebesar:
Ww = mgh1 – mgh2 Ww = mg (h1 – h2)
Ww = –mg(h2 – h1) ……….. (2) dengan: Ww = usaha oleh gaya berat.
Karena mgh = EP, perubahan energi potensial gravitasinya dapat dinyatakan sebagai ΔEP sehingga persamaan (2) dapat dituliskan
Ww = ΔEp
Sumber: Dok. Kemedikbud
bekerja pada benda. Besarnya energi potensial elastis bergantung pada besarnya gaya tekan atau gaya regang yang diberikan pada benda tersebut.
Kita telah mempelajari sifat elastis pada pegas dan telah mengetahui bahwa gaya pemulih pada pegas berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya. Pegas yang berada dalam keadaan tertekan atau teregang dikatakan memiliki energi potensial elastis karena pegas tidak berada dalam keadaan posisi setimbang.
Perhatikanlah Gambar 6.3. graik tersebut menunjukkan kurva hubungan antara gaya dan pertambahan panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke. Jika kita menarik pegas dengan gaya sebesar F1, pegas itu bertambah panjang sebesar Δx1. Demikian pula, jika kita menarik pegas dengan gaya sebesar F2, pegas akan bertambah panjang sebesar Δx2. Begitu seterusnya.
Dengan demikian, usaha total yang Anda berikan untuk meregangkan pegas adalah
W = F1 Δx1 + F2 Δx2 + … F (N) F3 F= k ∆ x ∆x 1 ∆x2 ∆x3 ∆x (m) F2 F1
Sumber: Dok. Kemdikbud
Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva F terhadap Δx sehingga dapat dituliskan
W = ½ F Δx W = ½ (k Δx Δx)
W = ½ k Δ x2 ………….. (3)
Karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi potensial pegas adalah sebagai berikut.
EP = ½ kΔx2
Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan W = –ΔEP.
2) Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang sedang bergerak. Secara khusus, energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda bermassa m yang sedang bergerak dengan kelajuan v.
Misalkan: Seekor gajah yang sedang berlari mempunyai energi kinetik lebih besar daripada seorang atlet yang sedang berlari (dengan kelajuan yang sama), karena gajah mempunyai massa yang lebih besar. Atau mobil balap yang sedang bergerak mempunyai energi kinetik lebih besar daripada mobil pada umumnya (dengan massa yang sama pula), karena mobil balap mempunyai kelajuan yang lebih besar. Dapat diambil kesimpulan bahwa faktor yang memengaruhi energi kinetik adalah massa dan kelajuan suatu benda. Rumus umum dari energi kinetik adalah:
Rumus tersebut diperoleh dari penurunan rumus usaha (W=F.s). Berikut penurunannya. Kita mulai dengan persamaan untuk jarak yang ditempuh benda dengan kelajuan awal ѵ0, percepatan a, dalam waktu t.
Jika ѵ0 = 0, maka didapatkan:
Untuk kelajuan benda ѵt dengan ѵ0 = 0, didapatkan: ѵt = ѵ0 + a.t
ѵt = a.t
t = ѵt ...(2) a
Subtitusikan persamaan (2) ke persamaan (1), sehingga:
Kita substitusikan Hukum II Newton dan persamaan (3) ke rumus usaha (W=F.s) sehingga diperoleh:
s = ѵ0t + ½ at2 s = ½ at2 s = ½ at2 = ½ a ѵt 2 a 2
( )
= ½ a ѵt 2 a = ѵt 2 ...(3) 2a = ½ a ѵt 2 a( )
W= ½ m.vt2 inilah yang disebut energi kinetik. b. Kegiatan Pembelajaran
No
Kegiatan Pembelajaran
Pendahuluan
Untuk memperoleh perhatian dan memotivasi peserta didik
demonstrasikanlah suatu benda jatuh dari suatu ketinggian tertentu, misalnya penghapus papan tulis atau bila guru membawa peralatan lain sangat baik, seperti mainan mobil-mobilan yang dimainkan di bidang miring. Kemudian mintalah peserta didik untuk mengungkapkan apa yang mereka lihat dalam gambar tersebut.
Inti
1. Penjabaran konsep energi dan sumber energi. Secara berkelompok, peserta didik melakukan kegiatan “Apa yang Menentukan Besarnya Energi Potensial?” dan “Adakah Hubungan antara Energi Kimia dan Energi Listrik?”
2. Kemudian menuliskan hasil kerjanya (sesuai kreasi peserta didik), mendiskusikan hasilnya dan mempresentasikannya. Doronglah
peserta didik untuk tidak takut salah. Namun yang terpenting prosedur dilakukan dengan benar dan aman.
3. Elaborasi lebih lanjut ke keterampilan proses IPA (kaitkan dengan hasil kegiatan peserta didik), yaitu observasi – inferensi – komunikasi serta manfaat belajar IPA bagi peserta didik.
Penutup
Lakukan releksi serta penugasan.
= ma · ѵt 2 2a = ½ mѵt2 W = F· s = ½ mѵ2
2. Pertemuan II : Transformasi Energi dalam Sel dan Metabolisme