ENERGI DAN USAHA A. Energi
Seseorang yang berlari terus menerus, lama kelamaan tubuhnya menjadi lelah karena energinya habis.
- Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja (usaha) - energi disimbolkan dengan Joule (J)
- satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg dan kWh (kilo watt per hour) - kesetaraan joule dengan kalor adalah sbb:
1 kalori = 4,2 Joule 1 Joule = 0,24 kalori 1 Jolue = 1 watt sekon 1 kWh = 3.600.000 Joule
- beberapa bentuk energi antara lain:
a. Energi kimia adalah energi yang terkandung dalam zat, misal: makanan, bahan bakar atau aki.
b. Energi listrik adalah energi yang berasal dari arus lisrik,
c. Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang dapat menghasilkan cahaya, merupakan gelombang elektromagnetik, misalnya yang dipancarkan dari matahari atau lampu pijar
Energi kimia energi listrik energi cahaya energi kalor
d. energi bunyi adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang menghasilkan bunyi atau benda-benda yang bergetar.
Energi kimia energi listrik energi gerak energi bunyi
e. Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh bahan-bahan radio aktif, yang berupa reaksi pembelahan atom (reaksi fisi) atau penggabungan atom (reaksi fusi)
Reaksi nuklir
f. Energi Potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya (kedudukan) terhadap suatu acuan.
Contoh:
1. Sebuah batu yang kita angkat pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial, jika batu kita lepas maka batu akan melakukan kerja yaitu bergerak ke bawah atau jatuh. Jika jatuhnya batu mengenai tanah lembek maka akan terjadi lubang, batu yang kita angkat lebih tinggi maka energi potensial yang dimiliki batu lebih besar pula sebagai akibat lubang yang terjadi lebih dalam. Jika massa batu lebih besar energi yang dimiliki juga lebih besar, batu yang memiliki energi potensial ini karena gaya gravitasi bumi, energi ini disebut energi potensial bumi.
Energi potensial bumi tergantung pada massa benda, gravitasi bumi dan ketingggiam benda, sehingga dapat dirumuskan:
Ep = m.g.h
Ep = Energi Potensial (Joule) m = massa Benda (Kg)
g = Percepatan Gravitasi (m/s2) h = Ketinggian Benda (m)
Batu pada ketinggian tertentu mempunyai energi potensial (Ep)
2. Pegas yang kita tarik juga memiliki energi potensial, semakin panjang kita tarik maka energi potensialnya semakin besar
g. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. contoh: mobil yang sedang melaju, sepeda motor yang bergerak.
Besar energi kinetik dapat dirumuskan:
Ek=
1 2. m .V
2
Ek = energi kinetik (joule) m = massa benda (kg) v = kelajuan benda (m/s) B. Usaha
- Usaha adalah berpindan atau bergeraknya benda akibat menerima gaya dari benda lain. - dalam Sistem Internasional (SI) usaha dilambangkan dalam J (joule) atau Nm (Newton
meter), sedangkan dalam sistem CGS usaha dilambangkan dengan erg atau dyne, dimana:
1 joule = 107 erg (1 N = 10 5 dyne) - contoh usaha:
Kakak memindahkan meja makan
seseorang mendorong mobil mogok
Ibu menggendong adik ke kamar mandi seseorang berlari mengelilingi lapangan, dll
- Bukan termasuk usaha adalah:
orang menggeser lemari, namun lemarinya tidak bergeser sedikit pun orang yang mendorong dinding, namun dindingnya diam, dll
- secara matematis usaha dirumuskan dengan: W = F x S
keterangan:
W = Usaha (Joule atau Nm) F = Gaya (N)
S = jarak perpindahan (m)
- untuk suatu gaya yang membentuk sudut (α) antara arah gaya dengan arah perpindahan besar gaya dapat dirumuskan sbb:
W = F x S x cos α contoh:
Andi bermain mobil-mobilan. Dia menarik mainannyya dengan gaya sebesar 4 N dengan jarak 8 m dan benang penarik bersudut 600 terhadap perpindahan, berapa usaha yang dilakukan Andi tersebut? (cos 600 = 0,5)
α = 600 Ditanyakan: W = …? Jawab : W = F x S x cos α W = 4 x 8 x cos 600
W = 4 x 8 x 0,5 W = 16 joule a. Usaha bernilai positif
Usaha bernilai positif apabila gaya yang bekerja pada benda searah dengan arah perpindahan.
Contoh soal:
Ahmad mendorong sebuah almari sehingga almari tsb bergeser sejauh 3,5 m. Jika Ahmad mengeluarkan energi sebesar 40 N, maka usaha yang dikeluarkan Ahmad adalah…
Penyelesaian: Diketahui: F = 40 N S = 3,5 m Ditanyakan: W = …?
Jawab : W = F x S W = 40 x 3,5
W = 140 JOULE
Jadi, besar usaha Ahmad adalah 140 joule b. Usaha bernilai nol
Usaha bernilai nol jika:
1. Gaya bekerja pada benda, tetapi benda tidak mengalami perpindahan (S = 0) 2. Ada dua gaya segaris berlawanan arah yang sama besarnya
3. Gaya yang bekerja arahnya tegak lurus dengan arah perpindahan c. Benda dengan 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 sbb: F = m x g
karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), maka persamaannya menjadi
W = F x S W = m x g x h
Keterangan: W = usaha (J) m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (N/kg) h = perpindahan / ketinggian (m) contoh:
Penyelsaian: Diketahui: m = 8 kg
h = 80 cm = 0,8 m g = 10 m/s2 Ditanyakan: W = …?
Jawab : W = m x g x h W = 8 x 10 x 0,8
W = 64 J
Jadi, besar usaha memindahkan benda sebesar 64 joule C. Hubungan Usaha dan Energi
- Usaha dan energi memiliki hubungan yang saling berkaitan. mmisalnya: ketika kita memindahkan sebuah bangku. pada saat kita memindahkan sebuah bangku terjadi perubahan energi yaitu energi kimia dan otot berubah menjadi energi gerak sedangkan besar usaha yang dilakukan sama dengan besar energi yang dibutuhkan.
1. Usaha yang dilakukan pada benda yang bergerak mendatar menyebabkan perubahan energi kinetik, sehingga besarnya usaha dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:
W = ΔEk W = Ek2 – Ek1 Dimana:
W = usaha (J)
Ek = perubahan energi kinetik (J) Ek1 = energi kinetik awal (J) Ek2 = energi kinetik akhir (J)
2. Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. pada saat ke atas, berlaku:
W = ΔEp W = Ep2 – Ep1 W = mg(h2 – h1) Dimana:
W = usaha (J)
Ep = perubahan energi potensial (J) Ep1 = energi potensial awal (J) Ep2 = energi potensial akhir (J) Contoh:
Sebuah mobil yang bergerak memiliki energi kinetik sebesar 500 Joule. Mobil tersebut dipercepat hingga energi kinetiknya 800 Joule. Hitunglah usaha yang dilakukan benda tersebut!
Penyelesaian:
W = Ek2 – Ek1 W = 800 – 500 W = 300 J
Jadi usaha yang dilakukan untuk benda tersebut adalah 300 J D. Daya
- Daya adalah perubahan energi setiap satu sekon (detik)
- Satuan daya menurut SI dan MKS menggunakan Watt (W), satuan yang lain adalah Hourse Power (HP) atau tenaga kuda (Pk). dimana 1 HP = 1 Pk = 746 W
- Rumus persamaan matematis daya: Daya(P)=Usaha(W)
Waktu(t) =
Energi(E)
waktu(t)
- contoh soal:
1. Berapakah energi yang dibutuhkan oleh sepuluh buah lampu dengan daya 16 watt untuk menyala selama 2 menit?
Penyelasaian:
Diketahui: Usaha (P) = 16 watt
Waktu (t) = 2 menit = 120 sekon Ditanyakan: Energi (E) = …?
Jawab: Daya(P)=Energi(E)
waktu(t)
16= E
120
E = 16 x 120 E = 1.920 J
2. Ayah mengangkat sebuah keranjang buah seberat 750 N, setinggi 2 m dalam waktu 8 sekon. Berapakah daya yang diperlukan?
Penyelasaian:
Diketahui: F = 750 N
Waktu (t) = 8 sekon Jarak (S) = 2 m Ditanyakan: Energi (E) = …? Jawab: P=W
t = F x S
t P=750x2
8
