Energi dan perubahannya

3,343 views
3,178 views

Published on

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
3,343
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
557
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Energi dan perubahannya

  1. 1. Bab 10 Sumber: lh6.ggpht.comEnergi dan Perubahannya Hasil yang harus kamu capai: memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari. Setelah mempelajari bab ini, kamu harus mampu: • menjelaskan hubungan bentuk energi dan perubahannya, prinsip usaha dan energi, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari; • melakukan percobaan tentang pesawat sederhana dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Tahukah kamu bahwa tanpa energi yang diciptakan A. Pengertian EnergiTuhan tidak akan ada kehidupan. Matahari, angin, sungai, B. Bentuk-Bentuk Energidan bahkan alam ini tidak akan ada. Energi terdapat dimana-mana dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk C. Perubahan Bentuk- Bentuk Energilain. Energilah yang melatarbelakangi setiap kejadian. Jadi,apakah energi itu? D. Hukum Kekekalan Semua makhluk hidup membutuhkan energi untuk Energikelangsungan hidup mereka. Tumbuhan dan hewan E. Usahamemperoleh energi dari alam untuk pertumbuhan dan F. Hubungan antarakelestariannya. Manusia memanfaatkan energi yang berasal Usaha dan Energidari otot mereka untuk kegiatan sehari-hari seperti berjalandan berlari. Manusia telah mengembangkan berbagai cara G. Pesawat Sederhanapemanfaatan energi yang tersedia untuk meningkatkankualitas hidup mereka. 181
  2. 2. Diagram AlurUntuk mempermudahmu dalam mempelajari bab ini, pelajarilah diagram alur yang disajikan sebagai berikut. Energi kemampuan melakukan terdiri atas benda yang bergerak Usaha Energi panas, energi listrik, energi Energi mekanik cahaya, energi Kimia, dan energi gerak menjadi lebih mudah dengan contoh perubahannya Pesawat terdiri atas sederhana Energi listrik Energi listrik Energi listrik menjadi energi menjadi energi menjadi energi gerak panas kimia contoh contoh contoh contoh Kipas angin Setrika listrik Fotosintesis Bidang Katrol Tuas Energi kinetik Energi miring potensial dirumuskan dalam Hukum Sekrup Baji Kekekalan Energi182 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
  3. 3. Tes Materi Awal Pikirkan jawaban pertanyaan berikut sebelum kamu membaca uraian materi bab ini. Kemudian, periksakembali jawabanmu setelah kamu selesai membaca uraian bab ini. Apakah ada yang harus diperbaiki dengan jawabantersebut?1. Setiap hari, manusia harus makan agar dapat tidak dapat diperbarui. Apakah yang dimaksud melakukan usaha. Apakah peran makanan dengan kedua sumber itu? tersebut pada tubuh? 3. Apakah yang dimaksud dengan pesawat2. Ada dua sumber energi, yaitu sumber energi sederhana? yang dapat diperbarui dan sumber energi yangA. Pengertian Energi Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangatbesar untuk menjalankan kegiatannya sehari-hari, baikuntuk kegiatan jasmani maupun kegiatan rohani. Berpikir,bekerja, belajar, dan bernyanyi memerlukan energi yangbesar. Kamu membutuhkan berjuta-juta kalori setiap harinyauntuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari-hari.Oleh karena itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkatsekolah, kamu harus makan terlebih dahulu. Dengandemikian, tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatandi sekolah dan untuk menjaga kesehatanmu. Gambar 10.1 Kegiatan sehari-hari yang memerlukan energi. Ketika kamu sakit dan nafsu makanmu hilang, tubuhmuakan lemas karena energi dalam tubuhmu berkurang. Jikademikian, kegiatan rutin sehari-harimu akan terganggubahkan kegiatan ibadahmu pun akan terganggu. Menurutmu,apakah energi itu? Untuk mengetahuinya, diskusikanlahpertanyaan-pertanyaan di dalam Tugas 10.1 berikut. Tugas 10.1 1. Apakah buah kelapa yang bergantung di pohonnya memiliki kemampuan untuk menggerakan dirinya sehingga jatuh ke bawah? 2. Apakah mobil yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk berpindah tempat? 3. Ketika kamu berpikir, apakah kamu memiliki kemampuan untuk menggerakan alat inderamu? Energi dan Perubahannya 183
  4. 4. Informasi IPA Berdasarkan jawabanmu, kemampuan untuk melakukan sesuatu itulah yang disebut energi. Sesuatu itu dikatakan Matahari adalah pemasok hampir seluruh energi di bumi sebagai kerja atau usaha. Jadi, energi adalah kemampuan ini. Energi matahari menempuh untuk melakukan kerja atau usaha. jarak ruang angkasa sejauh Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah 149.600 juta kilometer joule (J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, (93 juta mil) menuju bumi sebagai radiasi elektromagnetik, erg, dan kWh (kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan yaitu suatu bentuk energi yang kalor adalah sebagai berikut. meliputi cahaya, sinar-X, dan 1 kalori = 4,2 joule gelombang radio. atau Sumber: Jendela Iptek: Energi, 1997 1 joule = 0,24 kalori Soal Penguasaan Materi 10.1 Kerjakanlah di buku latihanmu. 1. Jelaskan pengertian energi menurut 2. Tuliskan satuan energi yang kamu pendapatmu. ketahui. B. Bentuk-Bentuk Energi Energi yang paling besar adalah energi matahari. Tuhan telah menciptakan Matahari khusus untuk kesejahteraan umat manusia. Jarak Matahari ke Bumi yang telah diatur pada jarak 149.600 juta kilometer memungkinkan energi panas yang diterima manusia di Bumi tidak membahayakan. Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bagi Bumi dan dapat menghasilkan energi-energi yang lain di muka Bumi ini. Caranya adalah dengan mengubah energi matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia, energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak. 1. Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makanan 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 kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari. Sumber: logdigi.com Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses Gambar 10.2 fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi Energi kimia terkandung di kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga dalam bahan bakar minyak mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan bumi. yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak184 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
  5. 5. bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaatuntuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupunkegiatan memasak.2. Energi Listrik Energi listrik merupakan salah satu bentuk energi yangpaling banyak digunakan. Energi ini dipindahkan dalambentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktoryang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadibentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya,energi panas, atau energi bunyi. Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan Sumber: www.wvic.comenergi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak,energi potensial air, energi kimia gas alam, dan energi uap. Gambar 10.3 Generator arus listrik bolak-3. Energi Panas balik pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) merupakan Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari salah satu sumber energi listrik.Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapatmembantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidupdan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasilperubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energigerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untukmembantu manusia melakukan usaha seperti menyetrikapakaian, memasak, dan mendidihkan air.4. Energi Mekanik Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yangbergantung di pohonnya, mungkin kamu mengharapkan buahmangga tersebut jatuh dari pohonnya. Mengapa buah manggaitu dapat jatuh dari pohonnya? Untuk melakukan kerja supayadapat jatuh dari pohonnya, buah mangga harus memiliki energi.Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak kebawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandungketika buah mangga bergerak jatuh? Dari peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi Gambar 10.4yang saling memengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh Buah mangga yang bergantungketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat di pohon memiliki energiperbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, potensial. Ketika jatuh, energi tersebut berubah menjadisedangkan energi gerak disebut energi kinetik (energi gerak). energi kinetik. Energi mekanik merupakan penjumlahan dari energipotensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaanenergi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut. Energi dan Perubahannya 185
  6. 6. Em = Ep + Ek (10–1) dengan: Em = energi mekanik (J) Ep = energi potensial (J) Ek = energi kinetik (J) a. Energi Potensial Telah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adalah energi akibat perbedaan ketinggian. Apakah energi ini diakibatkan oleh ketinggian saja? Untuk mengetahuinya, kerjakanlah Tugas 10.2 berikut. Tugas 10.2 1. Tariklah sebuah karet gelang oleh kedua tanganmu, lalu lepaskan. Apakah yang terjadi? 2. Gantungkan sebuah beban pada sebuah pegas atau tali karet. Tariklah beberapa cm ke bawah, lalu lepaskan. Apakah yang terjadi? 3. Energi apakah yang terkandung pada kegiatan di atas? Jelaskan pendapatmu dan diskusikan dengan teman-temanmu. Buah kelapa yang bergantung di pohonnya menyimpan suatu energi yang disebut energi potensial. Energi potensial yang dimiliki buah kelapa diakibatkan oleh adanya gaya tarik bumi sehingga jatuhnya selalu menuju ke pusat Bumi. Energi 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 muncul akibat adanya perbedaan kedudukan dari titik kesetimbangannya. Titik kesetimbangan adalah titik keadaan awal sebelum benda ditarik. Untuk mengetahui besarnya energi potensial gravitasi, lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.1 berikut. Ayo Coba 10.1 Tujuan Mengetahui besar energi potensial gravitasi suatu benda Alat dan bahan Kelereng kecil, kelereng besar, dan plastisin (lilin mainan) Cara kerja 1. Siapkan alat dan bahan. 2. Jatuhkan kelereng besar dari ketinggian setengah meter tepat di atas plastisin. Amati bekas yang terjadi pada plastisin.186 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII ala
  7. 7. 3. Ulangi kegiatan tersebut dengan menjatuhkan kelereng yang sama tepat di atas plastisin pada ketinggian satu meter. Amati kembali bekas yang ditunjukkan pada platisin. Catat perbedaan yang terjadi pada kedua kegiatan tersebut.4. Ulangi kegiatan di atas dengan menjatuhkan kelereng kecil di atas plastisin pada ketinggian satu meter. Amati bekas yang terjadi pada plastisin. Catat perbedaannya dengan bekas kelereng yang besar.Pertanyaan1. Manakah bekas kelereng yang lebih dalam pada plastisin jika kelereng yang sama dijatuhkan dari ketinggian yang berbeda?2. Manakah energi potensial yang lebih besar? Gambar 10.53. Apabila kelereng itu dijatuhkan semakin tinggi, apakah yang Sebuah kelereng dijatuhkan di terjadi pada besar energi potensialnya? atas plastisin pada ketinggian4. Kelereng yang manakah yang memiliki energi potensial lebih berbeda. besar pada ketinggian yang sama?5. Bagaimanakah besar energi potensial yang dimiliki benda jika massanya semakin besar?6. Berilah kesimpulan dari hasil jawabanmu. Hasil kegiatan Ayo Coba 10.1 menunjukkan bahwabesarnya energi potensial gravitasi sebanding denganketinggian (h) dan massa benda (m). Ep h dan Ep m (10–2) Ilmuwan IPA Selain kedua besaran itu, energi potensial gravitasidipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) sehingga dapatdibuat persamaan energi potensial gravitasi sebagai berikut. Ep = mgh (10–3) dengan: Ep = energi potensial (J) m = massa benda (kg) g = konstanta gravitasi (m/s2) h = ketinggian (m) Galileo Galilei (1564–1642)Contoh Soal 10.1 Galileo Galilei, seorangSebuah buku bermassa 0,5 kg berada di atas rak lemari pada sarjana Italia, adalah salah satu fisikawan modern pertama.ketinggian 2 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, berapakah energi Ia melakukan percobaanpotensial yang dimiliki buku pada ketinggian tersebut? dengan benda yang jatuhPenyelesaian: dan menggelinding menuruniDiketahui: m = 0,5 kg tempat yang terjal.Walaupun mungkin ia belum memahami h = 2m apapun tentang energi, g = 10 m/s2 tampaknya ia merasakanDitanyakan: Ep adanya gagasan mengenaiJawab: energi potensial. Ep = mgh Sumber: antwrp.gsfc.nasa; Ep = (0,5 kg)(2 m)(10 m/s2) en.wikipedia.org Ep = 10 jouleJadi, energi potensial yang dimiliki buku tersebut sebesar 10 joule. Energi dan Perubahannya 187
  8. 8. b. Energi Kinetik Suatu ketika, ada seorang pelaut malang yang terdampar di pulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapat menerbangkan layang- layang dan berharap ada kapal yang melihat layang-layang tersebut. Kedua, dia menyimpan pesan dalam botol dan membiarkannya mengapung di atas air sampai ada orang yang menemukannya. Ketiga, dia membuat rakit untuk mencoba pergi dari pulau itu. Gambar 10.6 a b c Gagasan pelaut, (a) menerbangkan layang- layang, (b) menyimpan pesan dalam botol, dan (c) membuat rakit. Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angin yang akan membuat layangan dapat mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya angin dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik atau mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kamu pun memiliki energi kinetik apabila bergerak. Ketika kamu menaiki sepeda dengan laju yang besar, tiba- Informasi IPA tiba dihadapanmu terdapat batu besar yang menghalangi jalan. Tanpa ragu-ragu, kamu akan segera mengerem sepedamu. Sesaat badanmu terhentak sampai akhirnya berhenti. Hentakan yang kamu rasakan pada saat mengerem sepedamu itu disebut energi kinetik. Jika kamu mengajak temanmu menaiki sepeda tersebut, tentu kamu akan labih keras lagi mengerem sepedamu. Oleh karena massa orang yang menaiki sepeda lebih besar dari sebelumnya, dapat Dinamo adalah mesin diambil kesimpulan bahwa energi kinetik bergantung pengubah energi mekanik menjadi energi listrik. pada massa benda dan kecepatan benda tersebut. Secara Zenobe Theophile matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis sebagai Gramme (1826–1901) berikut. yang berasal dari Belgia 1 2 menciptakan dinamo Ek mv pertama pada 1870. Oleh 2 (10–4) karena itu, dinamo ini dinamakan dengan dinamo dengan: Ek = energi kinetik (J) Gramme. Dinamo ini m = massa (kg) menghasilkan arus searah. v = kecepatan (m/s) Sumber: www.germes-online.com; Jendela Iptek: Energi,1997188 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
  9. 9. Contoh Soal 10.2Sebuah kelereng yang massanya 10 g mula-mula diam, kemudianbergerak dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah energi kinetik yangdimiliki kelereng yang sedang bergerak?Penyelesaian:Diketahui: m = 10 g = 0,01 kg v = 5 m/sDitanyakan: EkJawab: 1 2 Ek mv 2 1 E k = (0 , 01kg )(5 m/s)2 2 Ek = 0,125 jouleJadi, energi kinetik yang dimiliki kelereng sebesar 0,125 joule. Soal Penguasaan Materi 10.2Kerjakanlah di buku latihanmu.1. Tuliskan bentuk-bentuk energi yang kamu 3. Seorang anak melepaskan bola bermassa ketahui. 20 g dari jendela. Berapakah ketinggian2. Energi kimia dari minyak bumi adalah jendela tersebut jika energi potensial energi yang banyak dimanfaatkan untuk yang dimiliki bola sebesar 5 joule dan bahan bakar. Apabila energi ini terus- percepatan gravitasi 10 m/s2? menerus dieksplorasi atau diambil, dapat 4. Budi melempar bola dan ditangkap oleh mengakibatkan persediaannya menipis. Dani. Jika massa bola tersebut 30 g dan Bagaimanakah sikapmu terhadap peng- energi kinetik bola sampai di tangan Dani gunaan energi ini? sebesar 0,5 joule, berapakah kecepatan bola ketika sampai di tangan Dani?C. Perubahan Bentuk-Bentuk Energi Energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapatdimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Pada umumnya, manfaat energi akan terlihatsetelah berubah bentuk menjadi energi yang lain. Misalnya,energi listrik akan bermanfaat ketika berubah bentuk menjadienergi cahaya atau panas. Untuk memahami perubahan bentukenergi ini, lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.2 berikut. Energi dan Perubahannya 189
  10. 10. Ayo Coba 10.2 Tujuan Memahami perubahan bentuk energi Alat dan bahan Sebuah lampu 3 volt DC, sakelar, baterai, dan kabel secukupnya Cara kerja 1. Siapkan alat dan bahan. Gambar 10.7 2. Rangkaikan alat dan bahan menjadi rangkaian, seperti pada Gambar 10.7. Dapatkah kamu membuktikan 3. Sambungkan sakelar. Apakah yang terjadi pada lampu? adanya perubahan energi pada 4. Peganglah lampu. Apakah yang kamu rasakan? rangkaian di atas? Pertanyaan 1. Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? 2. Berilah kesimpulanmu dari kegiatan ini. Untuk lebih memahami perubahan bentuk energi, lakukanlah kegiatan sederhana pada Tugas 10.3 berikut. Kemudian, diskusikan dengan teman-teman dan guru Fisikamu. Tugas 10.3 1. Gosok-gosokkan kedua telapak tanganmu beberapa saat. Apakah yang kamu rasakan? 2. Perubahan bentuk energi apakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? 3. Jatuhkan sebuah kaleng dari ketinggian tertentu. Apakah yang terjadi? 4. Perubahan energi apa sajakah yang terjadi pada peristiwa tersebut? Matahari sebagai sumber energi terbesar yang diciptakan Tuhan telah mengalami beberapa perubahan bentuk energi yang sangat bermanfaat bagi kehidupan umat manusia. Misalnya, energi panas dan energi cahaya matahari menyinari tumbuhan sehingga tumbuhan dapat melakukan fotosintesis. Dengan demikian, tumbuhan memiliki energi kimia. Tumbuhan dimakan manusia atau hewan sehingga manusia atau tumbuhan Hal Penting memiliki energi untuk melakukan usaha. Key Point Beberapa kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi Energi adalah kemam- dapat diubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang puan untuk melakukan kerja. Satuan SI untuk energi adalah lain. Energi kimia yang terkandung dalam batu baterai dapat joule (J). mengalirkan muatan listrik jika dihubungkan dengan kabel. Energy is the capacity to do Jika aliran listrik tersebut melalui sebuah lampu, lampu akan work.The SI unit for energy is menyala dan lama kelamaan lampu menjadi panas. Pada the joule (J). peristiwa tersebut, telah terjadi beberapa perubahan energi,190 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
  11. 11. antara lain energi kimia, energi listrik, energi cahaya, dan energipanas. Ketika kedua telapak tanganmu digosok-gosokkan,lama-kelamaan telapak tanganmu akan terasa panas. Hal inimenunjukkan bahwa pada telapak tanganmu telah terjadiperubahan energi dari energi gerak menjadi energi panas. Soal Penguasaan Materi 10.3Kerjakanlah di buku latihanmu.1. Kamu sedang makan dan minum susu 3. Ibu sedang memasak sayuran dan lauk sebelum berangkat ke sekolah. Perubahan pauk. Perubahan energi apa sajakah yang energi apa sajakah yang terjadi pada terjadi pada peristiwa tersebut? peristiwa tersebut? 4. Ibu sedang menyetrika pakaian. Perubahan2. Ayah sedang mengendarai mobil menuju energi apa sajakah yang terjadi pada ke kantor. Perubahan energi apa sajakah peristiwa tersebut? yang terjadi pada peristiwa tersebut?D. Hukum Kekekalan Energi Berasal dari manakah energi yang kamu gunakan untukmelakukan kegiatan sehari-hari? Berubah menjadi energiapakah yang telah kamu gunakan tersebut? Apakah manusiadapat membuat mesin yang dapat melakukan kerja terus- Ep = maksimummenerus tanpa menggunakan bahan bakar? Pertanyaan- Ek = 0pertanyaan tersebut merupakan beberapa pertanyaan yangberhubungan dengan energi yang mungkin sering kamutanyakan pada dirimu sendiri. Coba kamu lemparkan sebuah bola vertikal ke atas danamati sampai jatuh lagi ke lantai, seperti pada Gambar 10.8.Ketika bola bergerak ke atas, kecepatan bola semakin lamasemakin melambat dan ketinggian bola semakin besar. Padaketinggian tertentu, bola berhenti sesaat dan kembali lagi Ep = 0ke bawah dengan kecepatan yang semakin besar. Peristiwa Ek = maksimumtersebut menunjukkan bahwa energi gerak semakin lama Gambar 10.8semakin kecil sampai menjadi nol ketika berhenti sesaat padaketinggian tertentu. Ke manakah energi gerak tersebut? Bola dilempar vertikal. Energi gerak (Ek) tersebut ternyata berubah menjadienergi potensial gravitasi (Ep) sampai akhirnya mencapaimaksimum. Begitu pula sebaliknya, energi potensial gravitasisemakin kecil ketika bola tersebut bergerak ke bawah. Adapunenergi geraknya semakin besar dan mencapai maksimumketika sampai di lantai, tetapi energi potensial gravitasinyamenjadi nol ketika sampai di lantai. Setelah diam di lantai,semua energi mekanik benda habis. Tahukah kamu, kemanaperginya? Apakah yang dapat kamu simpulkan? Adakahenergi yang hilang? Energi dan Perubahannya 191
  12. 12. Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energi menjadi bentuk energi yang lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi. Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik. Em = Ep + Ek 1 Em m + mv 2 mgh 2 Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalu tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik. Soal Penguasaan Materi 10.4 Kerjakanlah di buku latihanmu. 1. Sebuah benda memiliki energi potensial a. energi potensial dan energi kinetik 100 J jatuh dari ketinggian tertentu. yang dimiliki buah jambu ketika Berapakah energi kinetik benda saat masih bergantung, mencapai tanah? b. energi potensial, energi kinetik 2. Buah jambu yang bergantung di ketinggian dan kecepatan buah jambu pada 2 meter dari tanah, tiba-tiba jatuh. Amir ketinggian 1 meter, yang menemukan buah jambu tersebut c. energi kinetik dan kecepatan saat menimbangnya, ternyata massanya 200 g. mencapai tanah, dan Jika percepatan gravitasi di tempat itu d. energi mekanik pada ketinggian 2 meter, 10 m/s2. Hitunglah: 1 meter, dan saat di tanah. E. 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 ilmu Fisika? Untuk mengetahuinya lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.3 berikut. Ayo Coba 10.3 Tujuan Mengidentifikasi pengertian usaha Alat dan bahan Sebuah buku dan meja tulis192 Belajar IPA Membuka Cakrawala Al l Alam S kit untuk K l VIII Sekitar t k Kelas
  13. 13. a Cara kerja 1. Ambillah sebuah buku temanmu, lalu letakkan di atas mejamu. 2. Doronglah meja tulismu sampai berpindah tempat. 3. Doronglah dinding kelasmu sekuat tenaga. Pertanyaan 1. Besaran apakah yang memengaruhi besaran usaha? 2. Bagaimanakah besaran-besaran itu memengaruhi usaha menurut perkiraanmu? b Berdasarkan kegiatan Ayo Coba 10.3, dapat diketahuibahwa ketika benda didorong ada yang berpindah tempat danada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong atau cmenarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gayapada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhioleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut,jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidakmelakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhioleh perpindahan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa Gambar 10.9usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu bendasehingga benda itu berpindah tempat. Beberapa kegiatan yang Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding berhubungan dengan usaha, sepertikelasmu? Apakah dinding berpindah tempat? Walaupun (a) mengangkat buku,kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding (b) mendorong meja, dantetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu (c) mendorong dinding.dikatakan tidak melakukan usaha. Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahandengan s, secara matematis usaha dituliskan dalampersamaan berikut. W=Fs (10–5) dengan: W = usaha (J) F = gaya (N) s = perpindahan (m) Persamaan (10–5) berlaku untuk gaya yang arahnya samadengan perpindahan, seperti terlihat pada Gambar 10.10. F F Gambar 10.10 Arah gaya yang diberikan pada balok searah dengan s perpindahannya. Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitujoule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usahayang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m. Energi dan Perubahannya 193
  14. 14. Contoh Soal 10.3 Rizki mendorong meja dengan gaya 100 N sehingga meja bergeser sejauh 2 m. Hitung usaha yang dilakukan Rizki. Penyelesaian: Diketahui: F = 100 N s = 2m Ditanya: W = ? Jawab: W = Fs W = (100 N)(2 m) W = 200 J Jadi, usaha yang dilakukan Rizki sebesar 200 joule. 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 Ilmuwan IPA berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut. F=mg (10–6) Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), dengan memasukkan Persamaan (10–6) ke dalam Persamaan (10–5) diperoleh usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut. W=Fs Hermann V Helmholtz W=mgh (10–7) (1821–1894) dengan: W = usaha (J) Pada 1947 seorang m = massa (kg) ilmuwan Jerman bernama g = percepatan gravitasi (N/kg) Hermann Von h = perpindahan atau ketinggian (m) Helmholtz menjadi orang pertama yang menjelaskan kekekalan energi dengan Contoh Soal 10.4 gemilang. Ia mengatakan bahwa Sebuah benda yang massanya 2 kg diangkat vertikal sampai segala energi alamiah bersifat “hidup” (energi gerak) atau ketinggian 1 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut “tersimpan” (energi potensial) 10 m/s2, hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda dan dapat saling dipertukarkan. tersebut. Kata energi baru diberi makna Penyelesaian: ilmiah seperti sekarang sejak pertengahan abad ke-19. Diketahui: m = 2 kg Sumber: en.wikipedia.org h = 1m g = 10 m/s2194 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
  15. 15. Ditanyakan WJawab: W = mgh W = (2 kg)(10 m/s2)(1 m) W = 20 JJadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 20 joule. Soal Penguasaan Materi 10.5Kerjakanlah di buku latihanmu.1. Seorang anak menarik gerobak dengan 2. Rizki dan Rizal sedang mendorong sebuah gaya 50 N searah dengan perpindahannya. lemari. Untuk berpindah sejauh 2 m Jika gerobak berpindah sejauh 5 m, berapa diperlukan usaha sebesar 1 kJ. Jika rizal usaha yang dilakukan anak tersebut? memberikan gaya 150 N, berapakah gaya yang harus diberikan Rizki?F. Hubungan antara Usaha dan Energi Kamu sudah mengetahui bahwa energi adalah kemampuanmelakukan usaha. Definisi tersebut menunjukkan bahwa usahamemiliki kaitan yang erat dengan energi. Untuk dapat mengetahuikaitan energi dengan usaha, kerjakanlah Tugas 10.4 berikut. Tugas 10.4 1. Angkat bukumu sampai ketinggian 0,5 meter. Pada saat gayamu melakukan usaha mengangkat buku sampai setengah meter, apakah terjadi perubahan energi? Jelaskan. 2. Doronglah sebuah buku sejauh setengah meter. Pada saat gayamu melakukan usaha pada buku tersebut, apakah terjadi perubahan energi? Jelaskan. 3. Dari kegiatan di atas, apakah hubungan antara usaha dan energi? Berilah kesimpulan. Ketika gayamu berusaha mendorong mobil sehinggabergerak, berarti telah terjadi perubahan energi dari energiyang dikeluarkan olehmu menjadi energi gerak. Jadi, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukanusaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahanenergi pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan padasebuah benda yang bergerak horisontal menyebabkanperubahan energi kinetik. Dengan demikian, besarnyausaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secaramatematis ditulis sebagai berikut. W = Δ Ek W = Ek2 – Ek1 (10–8) Energi dan Perubahannya 195
  16. 16. dengan: W = usaha (J) Ek = perubahan energi kinetik (J) Ek2 = energi kinetik akhir (J) Ek1 = energi kinetik awal (J) y2 Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas, S berlaku: Ftangan = mg Wtangan = Ftangan . s = m g h Saat ke bawah: h Wgravitasi = Fgravitasi . s = –m g h Fgravitasi = mg Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda yang bergerak vertikal) sama dengan perubahan energi potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut. y1 W = Δ Ep W = Ep2 – Ep1 Gambar 10.11 W = m g (h2 – h1) (10–9) Benda diangkat dengan gaya dengan: W = usaha (J) dorong Ftangan = mg. ΔEp = perubahan energi potensial (J) Ep1 = energi potensial awal (J) Ep2 = energi potensial akhir (J)196 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

×