8TH GRADE
BAB III
USAHA, ENERGI DAN
PESAWAT SEDERHANA
USAHA A
Adakah diantara kalian yang tau apa dimaksud
dengan usaha?
Usaha juga disebut dengan penerapan kekuatan gaya untuk
memindahkan suatu benda sejauh suatu jarak.
Usaha adalah jumlah energi yang diberikan untuk
menggerakkan benda.
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (Joule)
F = Gaya yang
diberikan pada benda (Newton)
S = Perpindahan yang terjadi pada benda
(meter)
Usaha dapat
dirumuskan dengan :
W = F x S
Contoh soal :
1. Edo mendorong meja dengan gaya 90 Newton sehingga berpindah sejauh 4 meter. Berapakah usaha yang dilakukan edo?
^ Penyelesaian :
^ diketahui :
Gaya yang diberikan pada meja (F) = 90 Newton
Perpindahan yang terjadi pada meja (S) = 4 meter
^ ditanya :
Berapakah usaha (W) yang dilakukan edo
terhadap meja?
W = F x S
W = 90 Newton x 4 meter
W = 360 N.m atau 360 Joule
Jawab :
2. Sebuah meja
didorong dengan sebuah gaya sebesar 200 N dan bergeser sejauh 250
cm . Berapakah usaha yang diberikan pada
meja tersebut?
^ Penyelesaian :
^ diketahui :
Gaya dorong pada meja (F) = 200 Newton
Perpindahan yang terjadi pada meja (S) = 250 cm
^ ditanya :
Berapakah usaha (W) yang
diberikan pada meja?
3. Arif mendorong meja
sehingga meja berpindah 60 cm dari posisi awal,
jika besar gaya dorong yang dikeluarkan arif
sebesar 10 N, usaha yang terjadi akibat peristiwa
itu sebesar….
4. sebuah Gaya sebesar 700 Newton digunakn
untuk mendorong sebuah balok. Jika usaha yang
dilakukan adalah 3000 Joule. Maka tentukan perpindahan yang
dilakukan terhadap balok
tersebut !
5. Untuk menggeser lemari sejauh 1,5 m, seorang
anak melakukan usaha sebesar 800 Joule.
Berapakah gaya yang
diberikan anak tersebut
terhadap lemari?
6. Berapa besar
perpindahan yang
dilakukan oleh gaya 300
Newton jika gaya tersebut
melakukan usaha sebesar
1200 joule ?
7. Sebuah gaya sebesar 40 newton bekerja pada suatu benda. Bila benda tersebut bergeser sejauh 450 cm,
usaha yang terjadi
sebesar?
8. Sebuah meja didorong dengan sebuah gaya
sebesar 400 N dan
bergeser sejauh 2,5 m.
besar usaha yang
dilakukan adalah…..
DAYA B
hubungannya
dengan usaha
Laju energi atau daya dapat ditentukan dengan
cara membagi besar usaha dengan selang
waktunya.
Dalam melakukan usaha, diperlukan
energi. Laju energi atau daya
merupakan besar energi yang
dipergunakan dalam setiap detik.
Contohnya :
Dalam praktik kehidupan sehari-hari satuan daya yang lain yang sering digunakan yaitu hp (horse power) atau dk (daya kuda) atau Pk (paardekracht)
Daya diukur dalam satuan watt (di
ambil dari nama penemu mesin uap
yang kemudian memperkenalkan
hukum daya yaitu james watt.
Keterangan :
W = usaha yang dilakukan (Joule)
P = daya yang terjadi ( J/s atau watt)
t = Waktu yang
diperlukan (sekon)
Secara matematis, daya
dapat dirumuskan dengan :
P =
Contoh soal :
• 1. sebuah mesin dapat mengangkat beban
1492 N dari tanah ke tempat yang tingginya 3 meter dalam waktu 10 sekon. Berapa usaha dan daya mesin itu?
Diketahui :
F = 1492 Newton
S = 3 meter
t = 10 sekon Ditanya :
Usaha (W) = …….?
Daya (P) = …..?
W = F x S
W = 1492 Newton x 3 meter W = 4476 Joule
P = =
P = 447,6 Watt
2. Berapakah daya yang
diperlukan oleh seseorang yang beratnya 50 Newton untuk menaiki tangga
setinggi 3 meter dalam
waktu 5 sekon?
3. Seorang pemain akrobat mengangkat beban
seberat 450 Newton setinggi 10 cm dalam
waktu 3 sekon. Berapakah usaha dan daya yang
diperlukan pemain akrobat
tersebut?
4. Sebuah mesin pengeruk dengan daya 500 watt
mengerjakan gaya 2000
newton untuk mendorong tanah sejauh 200 meter.
Berapakah waktu yang
diperlukan oleh mesin
tersebut?
ENERGI C
Dan
Bentuk-bentuk
Energi
1. Pengertian energi
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha.
Satuan energi dalam sistem internasional (SI) adalah joule (J). Satuan energi bisa juga dalam bentuk lain, misalnya kalori, kWh ( Kilo Watt Hours).
Dimana :
1 Kalori = 4,2 Joule Atau
1 Joule = 0,24 Kalori
Ek + Ep
2. Bentuk – bentuk Energi
Energi ada berbagai macam–macam, makanan yang dimakan memiliki energi kimia. Batu baterai mempunyai energi kimia, tetapi lampu senter menyala karena adanya energi listrik. Selain energi kimia dan energi listrik masih banyak lagi jenis energi lainnya, diantaranya energi bunyi, energi kalor, energi Cahaya, energi pegas, energi nuklir dan energi mekanik.Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Contohnya, air terjun yang berada dipuncak tebing memiliki energi mekanik yang cukup besar. Besarnya energi mekanik merupakan hasil penyatuan antara energi kinetik dan energi potensial.
Energi mekanik yang dimiliki suatu benda dapat ditulis secara sistematis sebagai berikut :
Keterangan :
Em = Energi Mekanik (J) Ek = Energi Kinetik (J) Ep = Energi Potensial (J)
�� = 1
2 �� � 2
Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan energi ketika suatu materi
berpindah atau bergerak.
Energi kinetik disebut juga dengan energi gerak.
Energi kinetik dipengaruhi oleh massa benda dan kecepatan gerak benda.
Energi kinetik dapat dinyatakan dengan
persamaan :
1
Keterangan :
Ek = Energi Kinetik (J) m = Massa benda (Kg)
v = Kecepatan benda (m/s)
Contoh soal :
• 1. sebuah mobil mainan dengan massa 2 Kg melaju dengan kecepatan 6 m/s. berapakah
energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut?
Diketahui :
Massa benda (m) = 2 Kg
Kecepatan (v) = 6 m/s Ditanya :
Energi Kinetik (Ek) = ....?
*
*
*
1. Sebuah mobil mainan yang
massanya 1500 gram bergerak dengan kecepatan 15 m/s.
berapa energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut?
2. sebuah mobil mainan bermassa 26000 gram
bergerak dengan kecepatan 20 m/s. tentukan besarnya energi kinetik dari mobil tersebut !
Latihan soal !
3. Mobil mainan edo bergerak dengan
kecepatan 72 m/s ke arah utara. Jika energi kinetik
mobil tersebut 3000 joule, maka berapakah massa
mobil tersebut?
Energi Potensial
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh suatu materi karena lokasi atau strukturnya. Energi potensial dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, diantaranya: energi potensial elastisitas dan energi potensial gravitasi.
*Energi potensial elastisitas merupakan energi potensial yang tersimpan pada benda yang direnggangkan. Contoh nya busur panah dan karet katapel.
*Energi potensial gravitasi merupakan energi potensial yang terjadi karena perbedaan ketinggian. Contohnya buah yang jatuh dari pohon atau benda yang jatuh dari ketinggian.
2
�� = ���� h
Keterangan :
Ep = Energi Potensial (J) m = Massa benda (Kg)
g = gaya gravitasi bumi (m/s)=10 m/s h = ketinggian (meter)
Contoh soal :
• 1. sebuah kamus fisika bermassa 1 kg berada diatas rak lemari pada ketinggian 4 m. jika percepatan gaya gravitasi adalah 10 m/s. maka berapak energi
potensial yang dimiliki buku pada ketinggian tersebut ?
Diketahui :
Massa benda (m) = 1 Kg
Ketinggian benda (h) = 4m
Gaya gravitasi benda = 10 m/s Ditanya :
Energi Potensial (Ep) = ....?
*
*
*
1. Sebuah buku bermassa 0,5 kg berada diatas rak lemari pada ketinggian 2 m. jika
percepatan gravitasi 10 m/s, maka berapakah energi
potensial yang dimiliki buku pada ketinggian tersebut?
Latihan soal !
2. Sebuah bola berada pada ketinggian 20 cm.
jika massa bola 2500
gram. Maka tentukan
besar energi potensial
bola tersebut !
3. Sebuah batu dengan massa 350 gram
dilemparkan dari atas hingga menghasilkan
energi potensial sebesar 50 m/s, maka tentukanlah pada ketinggian berapa
batu tersebut
dilemparkan !
Energi mekanik
seluruhnya merupakan energi potensial.
*Em = Ep Kedudukan 1
Kedudukan 2
3. Hukum Kekekalan energi
Energi mekanik merupakan jumlah
antara energi potensial dan energi kinetik.
*Em = Ep + Ek Kedudukan 3
Energi mekanik
seluruhnya merupakan energi energi kinetik.
*Em = Ek
Hukum kekekalan energi berbunyi,
“Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan, tetapi energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain”
Kekekalan energi mekanik pada benda jatuh bebas dapat diilustrasikan seperti pada keterangan disamping :
Beberapa contoh penerapan hukum
kekalan energi dalam kehidupan sehari- hari, antara lain :
Kompor yang
01
kerap dipakai mampu mengubah
energi gas/listrik menjadi energi
panas
02
Pada kendaraan motor atau mobil, terjadi perubahan dari bahan bakar ke
energi kinetik.
03
Teko pemanas air mampu mengubah
energi listrik menjadi energi
panas
Sumber energi yang dapat diperbarui dan tidak dapat habis jika digunakan secara terus-
menerus untuk waktu yang lama. Contohnya
sumber energi yang berasal dari daya alam.
Contohnya : biomassa, panas bumi, air, angin
dan sinar matahari.
Sumber energi tidak terbarukan
4. Sumber energi
Sumber energi
terbarukan Sumber energi yang dapat habis dan tidak
dapat didaur ulang.
Sumber energi ini membutuhkan waktu yang lama untuk bisa tercipta Kembali. Contoh
sumber energi tidak terbarukan yaitu minyak
bumi, batu bara dan gas alam
Pesawat sederhana
D
Menurut gambaran yang bisa kalian bayangkan, seperti
apa pesawat
sederhana itu?
1. Pengertian Pesawat sederhana
Pesawat adalah
alat yang
digunakan oleh manusia untuk mempermudah
dalam melakukan
kerja atau usaha.
Pesawat sederhana Merupakan peralatan
yang dibuat sangat praktis dan mudah digunakan. Contoh, pembuka tutup botol, gunting, resleting, dan
tang.
Pesawat rumit Pesawat sederhana
Pesawat rumit terdiri atas beberapa pesawat sederhana namun dengan
bentuk dan kegunaan yang lebih rumit.
Contohnya, computer, mobil dan sepeda.
Ada 2 jenis pesawat sederhana, yaitu :
�� = �
� = � �
� �
Pesawat sederhana mempunyai keuntungan mekanis yang didapatkan dari perbandingan antara gaya beban dengan gaya kuasa sehingga memperingan kerja manusia. Secara umum keuntungan mekanis didefinisikan sebagai perbandingan gaya beban dengan gaya kuasa dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
KM = Keuntungan mekanis W = gaya beban (N)
F = gaya kuasa (N) = Lengan kuasa (m) = Lengan beban (m)
Sebuah pesawat berfungsi untuk memperbesar gaya atau usaha. Selain digunakan untuk memperbesar gaya, manusia juga menggunakan pesawat untuk mengubah energi, memindahkan energi, memperbesar kecepatan dan mengubah arah benda.
2. Fungsi pesawat sederhana
Berikut ini fungai pesawat sederhana dalam melakukan kerja atau usaha sehari-hari, yaitu :
a.
Dapat
meningkatkan besar gaya angkat
atau dorong pada
suatu objek.
b.
Dapat
meningkatkan jarak agar gaya dapat
bekerja
c.
Dapat mengubah arah gaya yang
bekerja
macam-macam pesawat sederhana
a. Tuas (pengungkit )Tuas/pengungkit berfungsi untuk mengungkit, mencabut atau mengangkat benda yang berat.
Bagian-bagian pengungkit sebagai berikut :
3.
Pesawat sederhana ada beberapa jenis, yaitu tuas atau pengungkit, katrol, bidang miring, serta roda dan poros
Atau
*
Keuntungan Mekanis Tuas dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
KM = Keuntungan mekanis W = gaya beban (N)
F = gaya kuasa (N) = Lengan kuasa (m) = Lengan beban (m)
Contoh soal :
1. Sebuah pesawat sederhana berjenis tuas memiliki lengan beban 25 cm dan lengan kuasa 80 cm. jika anda ingin mengangkat beban yang memiliki massa 6 Kg, maka berapa gaya yang harus anda gunakan?
Tentukan pula keuntungan mekanis alat tersebut ! Penyelesaian :
Diketahui :
* = 25 cm
• = 80 cm
• mw = 6 Kg Ditanya :
a. F =……?
b. KM =….?
●
• F =
• F = 19,75 N Atau
*
Jenis-jenis tuas ada tiga macam sebagai berikut :
a.
Tuas jenis pertama, yaitu tuas dengan titik tumpu berada diantara titik beban
dan titik kuasa.
Contohnya;
pemotong kuku, gunting, dll
b.
Tuas jenis kedua, yaitu tuas dengan titik beban berada diantar
titik tumpu dan titik kuasa. Contohnya ; gerobak beroda satu, alat pemotong kertas,
dll
c.
Tuas jenis ketiga, yaitu tuas dengan titik kuasa berada
diantara titik tumpu dan titik beban. Contohnya ;
sekop, dll
d. Katrol dan jenis-jenisnya
Katrol tetap
Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berpindah pada saat digunakan.
Contohnya pd timba atau tiang bendera.
Katrol bebas
Pada katrol bebas kedudukan katrol berubah pada saat digunakan. Contohnya : katrol yang ditempatkan diatas tali, salah satu ujung tali diikat pada tempat tertentu.
01
02
Katrol merupakan roda yang berputar pada porosnya. Biasanya pada katrol juga terdapat tali atau rantai sebagai penghubungnya. Berdasarkan cara kerjanya, katrol merupakan jenis pengungkit karena memiliki titik tumpu, kuasa dan beban.
Katrol digolongkan menjadi 4 bagian, yaitu :
Katrol dan jenis-jenisnya
Katrol kombinasi (takal)
Katrol kombinasi merupakan perpaduan dari katrol tetap dan katrol bebas, dimana kedua katrol ini dihubungkan dengan tali.
Katrol (roda) bergandarKatrol (roda) bergandar
merupakan gabungan dari beberapa yang disatukan sumbunya. Cara kerja dari katrol bergandar ini, yaitu katrol besar untuk gaya yang bekerja, sedangkan katrol kecil untuk beban.
03
04
C. Bidang Miring
Bidang miring merupakan salah satu jeniis pesawat sederhana yang
digunakan untuk memindahkan benda dengan lintasan yang miring. Dalam kehidupan sehari-hari, prinsip kerja bidang miring digunakan pada
pembuatan jalan-jalan di bukit, dan pegunungan, sekrup, dll.
Keuntungan mekanis pada bidang miring sebagai berikut :
• Keterangan :
• F = Gaya (N)
• W = Beban (N)
• S = Panjang bidang miring (m)
• h = tinggi bidang datar (m)
1. Seorang anak menarik sebuah benda bermassa 5 Kg pada sebuah bidang miring dengan kemiringan sejauh 8 m yang tingginya 2 m. anak tersebut menarik dengan gaya 50 N.
tentukan keuntungan mekanisnya !
• Penyelesaian :
* Diketahui :
• F = 50 N, s = 8 m, h = 2 m
• *ditanya : KM = …?
• *jawab : W x h = F x s
W x 2 m = 50 N x 8 m W = = = 200 N
Contoh soal :
• = 4
jadi, keuntungan
mekanisnya adalah 4.
d. Roda berporos
Roda berporos merupakan pesawat sederhana yang terdiri atas sebuah roda berputar yang dihubungkan dengan sebuah poros yang dapat berputar
Bersama-sama. Prinsip kerja pada roda berporos, yaitu gaya kuasa biasanya bekerja pada roda yang besar, gaya beban bekerja pada roda yang lebih kecil.
Keuntungan mekanis pada roda dan poros sebagai berikut :
• Keterangan :
• = Jari-jari roda (m)
• = Jari-jari poros (m)
