APLIKASI USAHA DAN ENERGI DALAM KEHIDUPAN SEHARI
– HARI
Adam Alfakhri1, Alexandria Dwiartha2, Fadhel Muhammad3, Ilham Dani4,
Michael Prastian5, Naufal Aditya Halim6
Program Studi Teknik Mesin, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta, Jakarta Selatan
e-mail1 :
Abstrak
PENDAHULUAN
Dalam kehidupan manusia usaha dan energi memiliki peran yang sangat penting. Usaha dan energi merupakan bagian dari kehidupan sehari – hari manusia, dikarenakan semua aktivitas yang kita lakukan membutuhkan usaha dan energi. Adanya interaksi diantara usaha dan energi mengakibatkan sebuah benda dapat bergerak, benda yang menjadi diam setelah mengalami pergerakan, perubahan bentuk dan ukuran suatu benda, dan juga perubahan pada gerak suatu benda.
Karya tulis ini disusun agar pembaca dapat mengetahui keterkaitan hidup ini dengan usaha dan energi. Karya tulis ini memuat tentang “Usaha dan Energi” dan sengaja dibuat
untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahasa Indonesia. Semoga karya tulis ini dapat memberikan ilmu maupun wawasan yang lebih luas kepada pembaca.
TINJAUAN PUSTAKA
USAHA
1. PENGERTIAN USAHA
Dalam kehidupan sehari-hari, pengertian usaha identik dengan kemampuan untuk meraih sesuatu. Misalnya, usaha untuk bisa naik kelas atau usaha untuk mendapatkan nilai yang besar. Namun, apakah pengertian usaha menurut ilmuFisika?
mendorong atau menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gaya pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut, jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidak melakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhi oleh perpindahan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda sehingga benda itu berpindah tempat
Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding kelasmu? Apakah dinding berpindah tempat? Walaupun kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding tetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu dikatakan tidak melakukan usaha.
Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam persamaan berikut: W = F s dengan:
W = usaha (J) F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu
joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.
Kamu sudah mengetahui usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah horisontal, tetapi bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah vertikal? Memindahkan benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut: F = m g
Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut.
W = F s
W = m g h dengan: W = usaha (J) m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg) h = perpindahan atau
ketinggian (m)
Dari persamaan rumus usaha, dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya: a. Berbanding lurus dengan besarnya gaya,
perpindahan benda,
c. Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda.
Jadi,
usaha adalah besarnya
gaya yang bekerja pada suatu
benda sehingga benda tersebut
mengalami perpindahan.
2. Usaha oleh Resultan Gaya Tetap
Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F adalah W = F.s, hal itu setara dengan luas bidang segi
empat yang dinaungi
kurva/garis F. Pada grafik tersebut tampak bahwa W = Luas bidang. Usaha dapat bernilai nol bila salah satu atau kedua variabelnya yaitu resultan gaya dan perpindahan bernilai nol. Sebagai contoh , orang yang mendorong almari yang sangat berat, tidak melakukan usaha bila almari tidak bergeser, sekuat apapun Ia mendorong.Orang yang mendorong benda yang terlalu berat hingga tidak ada perpindahan benda yang didorong,dinyatakan bahwa usaha W = 0.
Demikian pula pada orang yang mendorong tembok,karena tidak ada perpindahan atau s = 0 maka dapat dikatakan bahwa usaha W = 0.Usaha juga dapat bernilai nol pada kasus benda yang bergerak lurus beraturan (GLB).Misalnya sebuah kereta ekspres pada rentang waktu
tertentu mempertahankan kecepatannya dengan kelajuan konstan (v = tetap). Walaupun kereta itu berpindah menempuh jarak tertentu dikatakan tidak melakukan usaha (W =0) karena resltan gaya nol (∑ F = 0). Usaha juga dapat bernilai nol apabila tidak ada gaya bekerja pada arah perpindahan. Misalnya, seorang atlet angkat besi yang sedang mengangkat beban, karena s = 0 maka dikatakan usaha yang dilakukan nol (W = 0).Seorang pedagang asongan di terminal bus yang berjalan sambil mengangkat barang dagangan dalam kotak, dikatakan W = 0 , karena walaupun perpindahan kotak ada,pedagang asongan menjinjing kotak berisi dagangannya, pada arah perpindahan kotak dinyatakan bahwa usaha W = 0 namun ∑ F yang searah perpindahan kotak bernilai 0,artinya hanya berlaku gaya berat ke bawah yang tidak memiliki proyeksi gaya searah perpindahan kotak.
3. USAHA OLEH RESULTAN GAYA TIDAK TETAP
konstan.
Jika pegas diregangkan, semakin panjang pegas, gaya yang diperlukan juga semakin besar.
Demikian juga sebaliknya, semakin ditekan, gaya ketika pegas semakin pendek, gaya yang diperlukan semakin besar. Selama pegas ditekan atau diregangkan, gaya pegas berubah dari 0 (x = 0) hingga maksimum (F = k x) maka gaya pegas dihitung menggunakan rata-rata. Besar gaya pegas
rata-rata adalah :
F = ½ (0 + kx) = ½ k x Usaha yang dilakukan oleh gaya pegas pada suatu benda
adalah :
W = F x = ½ k x2
Keterangan :
W = usaha (satuan Joule)
x = pertambahan panjang pegas (satuan meter)
F = gaya pegas (satuan Newton)
4. USAHA
YANG BERNILAI NEGATIF
Berdasarkan persamaan W = F.s cos a , ketika
berada pada rentang 90°
<a <270°, usaha bernilainegatif .
Hal ini disebabkan cos a bernilai negatif.
5. MENGHITUNG USAHA DE NGAN GRAFIK
Usahayang dilakukan oleh suatu gaya samadengan luas daerah d i bawah grafik gaya terhadap perpindahan.
6. USAHA
YANG DILAKUKAN OLEH GAY A BERAT
Anggap sebuah benda bermass a m dilepaskan dari ketinggian h di ataspermukaan bumi.
Benda akan jatuh karena pengar uh gaya gravitasi.Besarnya usah a yang dilakukan oleh gaya grav itasi adalah:
Usaha ini positif karena arah gaya dan perpindahan sama-sama ke bawah.
Sekarang kita lihat kasus di man a benda dinaikkan perlahan – la hanhingga ketinggian h. Disini a rah perpindahan ke atas berlaw anandengan arah gaya berat (k e bawah) sehingga usahanya ne gatif W = - (m g h). Ketika benda berpindah seca ra horizontal gaya gravitasi tida kmelakukan usaha karena arah perpindahan tegak lurus arah g aya.
Berdasarkan ketiga hal tersebut, dapat disimpulkan sebagai berik ut :
a usaha gaya gravitasi adalah W = - (m g h).
· § Jika benda berpindah sejauh h vertikal ke bawah, maka besar nyausaha gaya gravitasi adalah W = m g h.
· § Jika benda berpindah sejau h
h mendatar, maka besarnya usa hagravitasi adalah W = 0.
7. SATUAN USAHA
Satriawan (2008) menyatakan bahwa.
Dalam SI satuan gaya adalah newton (N) dan satuan
perpindahan adalah meter (m). Sehingga, satuan usaha
merupakan hasil perkalian antara satuan gaya dan satuan perpindahan, yaitu newton meter atau joule. Satuan joule dipilih untuk menghormati James Presccott Joule (1816 – 1869), seorang ilmuwan Inggris yang terkenal dalam
penelitiannya mengenai konsep panas dan energi.
1 joule = 1 Nm
karena 1 N = 1 Kg . m/s2
maka 1 joule = 1 Kg . m/s2 x 1
m
1 joule = 1 Kg . m2/s2
Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilo joule (kJ) dan mega joule (MJ). 1 kJ = 1.000 J
1 MJ = 1.000.000 J
B. ENERGI
1. PENGERTIAN ENERGI
Energi memegang peranan penting dalam kehidupan ini. Energi menyatakan kemampuan untuk melakukan usaha. Manusia , hewan , atau benda dikatakan mempunyai energi jika mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha.
Energi memiliki berbagai bentuk, misalnya energi listrik, energi kalor , energi cahaya, energi potensial, energi nuklir dan energi kimia. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, misalnya energi listrik dapat berubah ke energi cahaya atau energi kalor.
2. MACAM – MACAM ENERGI
· Energi Potensial. Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda.
· Energi Panas. Energi panas adalah energi yang terdapat pada benda yang menyala atau terbakar.
· Energi Kimia. Energi kimia adalah energi yang dihasilkan dan disimpan dalam bahan kimia.
· Energi Kinetik. Energi kinetik dalah energi yang timbul dari sebuah benda yang bergerak
· Energi Listrik. Energi yang dihasilkan dari pergerakan ion negatif dan ion positif dalam suatu benda.
· Energi Cahaya. Energi yang berasal dari sinar atau cahaya suatu benda yang sangat kuat yang dapat digunakan untuk melakukan usaha atau merubah suatu benda
· Energi Bunyi. Energi bunyi adalah suatu energi yang ditimbulkan oleh suatu bunyi.
· Energi Nuklir. Energi nuklir adalah energi yang muncul akibat reaksi fisi dan reaksi fusi yang terjadi dalam suatu atom. Dll
3. ENERGI KINETIK
Setiap benda bergerak juga memiliki energi. Angin yang bertiup sanggup memutar kincir, air terjun sanggup memutar turbin, dan gelombang air laut sanggup menggerakkan turbin.
Selanjutnya, kincir atau turbin dapat digunakan untuk melakukan usaha, misalnya untuk memutar mesin atau generator pembangkit tenga listrik. Energi yang dimiliki oleh angin, air terjun, atau
benda-benda yang bergerak disebut energi gerak atau energi kinetik.
Berapa besarkah energi yang dimiliki benda bermassa m yang bergerak dengan laju v. Berdasarkan hukum Newton II :
a =F/m
telah diketahui bahwa sebuah benda yang diam, jika memperoleh percepatan a melalui jarak s,kecepatan akhirnya dapat dinyatakan dengan persamaan :
v2 = 2as , jika disubtitusikan
dengan hukum Newton II , maka :
Fs = ½ mv2
Ek = Fs
Contoh soal :
Berapa energi kinetik sebuah bola yang bermassa 2 kg jika bergerak dengan kecepatan 10 m/s?
4. ENERGI POTENSIAL
Energi potensial merupakan energi yang dimiliki oleh benda
karena keadaan atau
kedudukannya. Adanya energi potensial tersebut disebabkan karena pengaruh gaya konservatif.
tinggi disebut energi potensial gravitasi.
Energi yang dimiliki pada pegas, karet, ketapel dan busur panah memiliki tenaga kepegasan disebut energi potensial gas.
usaha yang diperlukan F untuk mengangkat benda(ke atas dinyatakan positif ) sampai ketinggian h adalah;
WF = mgh
Jika gaya F dihilangkan benda tersebut jatuh kembali ke tanah, usaha yang dilakukan w sebesar : (nilai negative menyatakan kearah bawah)
Ww = -mgh
5. HUKUM KEKELAN ENERGI MEKANIK
Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetic suatu benda, secara matematis, energi mekanik dirumuskan :
Em = Ep + Ek
6. HUBUNGAN ANTARA USAHA DAN ENERGI
Jika suatu gaya dilakukan pada benda bergerak, sehingga menimbulkan terjadinya perubahan kecepatan benda tersebut, maka besarnya usaha
yang bekerja pada benda akan memenuhi persamaan berikut.
W = Ek2 – Ek1
= ½ m v22 – ½ m v12
METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penyusunan karya tulis ini adalah metode penelitian kepustakaan yaitu melakukan penelusuran terhadap buku, dokumen-dokumen, sumber internet serta referensi lainnya yang relevan dengan masalah yang dibahas.
Penelitian ini cenderung menggunakan analisis tidak berupa angka. Proses dan makna lebih ditonjolkan dalam penelitian kualitatif. Adapun objek yang dibahas adalah tentang penerapan atau pengaplikasian Usaha dan Energi dalam kehidupan sehari-hari.
PEMBAHASAN
Aplikasi Usaha Dalam Kehidupan
Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat
montir untuk memperbaiki mesin dan sebagainya. Jadi dapat
disimpulkan usaha adalah segala kegiatan yang dilakukan untuk
pengaruh
F
yang searah denganperpindahannya, maka usaha yang dilakukan sama
dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis adalah hasil kali komponen gaya yang searah dengan perpindahan (
F cos alfa
) dikalikan denganperpindahannya (
d
). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: memukul orang W ada nilainya.· Katrol
menggunakan keuntungan mekanis (KM)
. Seseorang menarik kotak pada bidang datar dengan tali membentuk sudut terhadap horizontal persenyawaan kimia. Makan banyak mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia dalam makanan maupun energi maupun energi kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari.
alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.
Energi Listrik
Energi listrik merupakan salah satu energi yang paling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi.
Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak, energi potensial air, energi kimia gas alam, energi uap.
Energi panas
Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahai dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makluk hidup lainya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil perubahan energi yang lain, seperti energi listrik, energi gerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika, pakaian, memasak, dan mendiddikan air. Energi panas merupakan energi yang menghasilkan panas.
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 mekanik adalah penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaan energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut
:
Em = Ep + Ek
denganEm =
Energi mekanik (J)Ep =
Energi Potensial ( J)Ek =
Energi Kinetik (J)Energi potensial
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 sebagai berikut :
E
p
= m.g.hh = ketinggian (m)
Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda
yang bergerak. Suatu ketika ada seseorang pelaut malang yang terdampar dipulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapt menerbagkan laying laying 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 yang bergerak, misalnya angina dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik / mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi Secara matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis :
Ek
= Energi kinetik (joule)m
= massa benda (kg)v =
kecepatan benda (m/s)KESIMPULAN
Usaha merupakan hasil kali antara gaya yang bekerja dengan perpindahan yang dialami oleh benda. Energi menyatakan kemampuan untuk melakukan usaha.
