BAB II LANDASAN TEORI
F. Usaha dan Energi
Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan
Kata usaha memiliki berbagai arti pada bahasa sehari-hari. Tetapi dalam fisika, usaha diberi arti yang lebih spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan oleh gaya ketika ia bekerja pada benda sementara benda tersebut bergerak pada jarak tertentu. Lebih spesifik lagi, usaha
yang dilakukan pada sebuah benda oleh gaya yang konstan (Giancoli, 2001: 173).
Gaya dapat diberikan pada sebuah benda dan tetap tidak melakukan kerja. Sebagai contoh, jika kita menenteng tas belanja yang berat dalam keadaan diam, Kita tidak melakukan kerja padanya. Sebuah gaya memang diberikan, tetapi perpindahannya sama dengan nol, sehingga usahanya sama dengan nol. Kita juga tidak melakukan usaha pada tas belanja itu jika kita membawanya sementara kita berjalan horizontal melintasi lantai dengan kecepatan konstan. Tidak ada gaya horizontal yang dibutuhkan untuk memindahkan bungkusan tersebut dengan kecepatan konstan. Bagaimanapun, kita memberikan gaya keatas F pada bungkusan yang sama dengan beratnya. Tetapi gaya keatas ini tegak lurus dengan gerak hhorisontal bungkusan dengan demikian tidak ada hubungannya dengan gerak. Berarti, gaya keatas tidak melakukan usaha (Giancoli, 2001: 174).
Dengan demikian, ketika suatu gaya tertentu bekerja tegak lurus terhadap gerak, tidak adausaha yang dilakukan oleh gaya tersebut. Ketika berhubungan dengan usaha. Ketika berhubungan dengan usaha, sebagaimana dengan gaya adalah penting untuk menentukan apakah kita membicarakan mengenai usaha yang dilakukan oleh suatu benda atau dilakukan terhadap suatu benda. Juga penting untuk menentukan apakah
usaha yang disebabkan suatu gaya tertentu, atau usaha yang dilakukan oleh gaya total pada benda yang bersangkutan (Giancoli, 2001: 173).
Untuk melakukan usaha perlu dipenuhi syarat sebagai berikut : 1. Ada gaya yang menyebabkan perpindahan
2. Arah gaya harus searah dengan arah perpindahan
JIka gaya tidak menyebabkan perpindahan, usaha sama dengan nol Jka gaya tidak searah dengan arah perpindahan, usaha sama dengan
nol ( Sumarwan, dkk., 2007 : 39).
Contoh yang menjelaskan tentang usaha adalah sebagai berikut : a) Ketika seorang atlet mengangkat barbel dari tanah ke atas
kepalanya, atlet tersebut melakukan usaha.
b) Ketika seorang atlet menahan barbell diatas kepalanya, atlet tersebut tidak melakukan usaha.
Satuan usaha dalam SI adalah joule (J). Jika meja didorong dengan gaya 1 Newton dan berppindah sejauh 1 m maka usaha yang dilakukan adalah 1 joule. Usaha ( W ) adalah hasil kali antara gaya (F) dengan perpindahan ( s ). Usaha dapat dirumuskan sebagai berikut (Sumarwan, dkk., 2007:41) :
Dimana :
F = Gaya, Satuan newton (N)
S = Perpindahan, Satuan meter (m)
W= Usaha, Satuan joule (j)
Usaha merupakan penyebab terjadinya perubahan energi.
Usaha Positif dan Usaha Negatif
a) Usaha dikatakan positif jika usaha yang dilakukan oleh gaya searah dengan arah perpindahan. Usaha positif dapat menyebabkan hal-hal antara lain:
1) Benda diam menjadi bergerak
2) Pertambahan kelajuan dan pertambahan energy gerak
b) Usaha dikatakan negative jika usaha yang dilakukan oleh gaya berlawanan dengan arah perpindahan (Sumarwan, dkk., 2007: 42-43).
a. Energi
Setiap benda yang melakukan usaha dikatakan memiliki energi. Oleh karena adanya hubungan langsung antara usaha dan energi tersebut, maka energi diukur dengan satuan yang sama, yaitu joule (J) atau kalori (kal).
1 J = 0,24 kal
1 kalori = 4,2 J
1 kkal = 4200 J, tepatnya 1 kkal = 4180 joule
Bentuk – Bentuk Energi a) Energi Kimia
Energi kimia adalah energy yang terkandung dalam makanan, tubuh, dan bahan bakar (batu bara, minyak, dan gas alam).
b) Energi Panas
Energi Panas adalah energy yang dihasilkan dari gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
c) Energi Bunyi
Energi bunyi adalah energi yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara di seekitar sebuah sumber bunyi.
d) Energi Cahaya
Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh gelombang elektromgnetik.
e) Energi Listrik
Energi listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel.
f) Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif. Energi nuklir ada dua jenis, yaitu energi fusi (penggabungan inti atom) dan energi fisi (pembelahan inti atom). g) Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berhubungan dengan gerak. Ada dua macam energi pada energi mekanik, yaitu energi potensial dan energi kinetik. Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan enrgi potensial. Energi mekanik besarnya selalu sama ( Sumarwan, dkk., 2007 : 46-48).
Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang tersimpan. Besar energi potensial tergantung pada posisi atau kedudukannya terhadap bidang acuan tertentu. Dapat dikatakan bahwa energi potensial adlah energi yang tersimpan di dalam benda karena posisinya atau kedudukannya terhadap suatu bidang acuan tertentu.
Beberapa macam energi potensial : Energi potensial pegas
Energi potensial pegas timbul karena benda cenderung untuk tetap berada pada posisi semula. Contoh penerapan
energi potensial pegas antara lain pada pegas, ketapel, dan busur anak panah.
Energi potensial gravitasi
Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya ataau kedudukannya terhadap bidang acuan tertentu. Semakin berat benda semakin besar energi potensialnya. Begitu juga kedudukannya, semakin tinggi posisi benda dari acuannya semakin besar juga energi potensialnya. Dari pernyataan tersebut dapat disimpulkan bahwa energi potensial sebanding dengan berat dan ketinggian benda itu ( Sumarwan, dkk., 2007 : 49-50).
Dimana :
m = massa benda, satuan kg
g = peercepatan gravitasi, satuan m/s2, N/kg
Ep = Enerrgi potensial, satuan joule (J)
w = berat benda, satuan newton (N)
Energi Kinetik
Makin besar massa suatu benda, semakin besar energi kinetik yang dimilikiya, dan semakin besar kelajuan suatu benda, semakin besar juga
energi kinetik yang dimilikinya. Dapat disimpulkan bahwa energi kinetik berbanding lurus dengan massa dan kelajuan suatu benda ( Sumarwan, dkk, : 51).
Dari kesimpulan diatas dapat ditiliskan rumus energi kinetik sebagai berikut:
Dimana :
m = massa benda, satuan kg
v = kelajuan, satuan m/s
Ek = Enerrgi kinetik, satuan joule (J)
Perubahan Energi
Konversi energi adalah perubahan dari suatu bentuk energi ke bentuk energi lain. Contoh peristiwa perubahan energi, yaitu setrika listrik mengubah energi listrik menjadi energi panas. Energi listrik menjadi energi cahaya dan energi kalor pada lampu(Sumarwan, dkk., 2007: 52).
Hukum Kekekalan Energi
Energi tidak bisa diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, artinya energi hanya dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lainnya (Sumarwan, dkk., 2007: 53).
Sumber – sumber energi
a. Sumber energi yang tidak dapat diperbaharui
Sumber energi yang jika sudah habis tidak dapat diadakan lagi. Contohnya adalah bahan bakar fosil, seperti minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Bahan bakar fosil disebut juga bahan bakar konvensional.
b. Sumber energi yang dapat diperbaharui
Sumber energi yang jika sudah habis dapat diadakan kembali. Energi yang dapat diperbaharui sekarang banyak digunakan sebagai energi alternative pengganti energi konvensional atau pengganti bahan bakar fosil. Sumber energi alternative diantaranya energi angin, energi air terjun, energi surya, energi nuklir, energi pasang surut, energi panas bumi, dan energi biomasa( Sumarwan, dkk., 2007: 54-55).