USAHA DAN ENERGI
Disusun oleh:
Gema Taufik Habibie
XI IPA 8/21
SMA NEGERI 5 SEMARANG
2
Usaha dan Energi XI IPA
USAHA DAN ENERGI
A.USAHA
Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat luas, misalnya: usaha
seorang anak u...
Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai
hasil perkalian antara perpindahan titik...
W = ∑ F . s
Dalam hal ini resultan gaya dianggap selalu bernilai tetap, sehingga usaha yang
dihasilkan adalah usaha yang d...
Gambar 7.2. Pedagang asongan menjinjing kotak berisi dagangannya, pada arah
perpindahan kotak dinyatakan bahwa usaha W = 0...
Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang
melakukan usaha itu harus mengeluarkan sejumlah ene...
b. Apabila θ = 900, maka arah gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan benda
dan cos θ = 0, sehingga W = 0. Jadi, jika g...
Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilo joule (kJ) dan mega joule
(MJ).
1 kJ = 1.000 J
1 MJ = 1.000.0...
1.Pengertian Energi
Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat besar untuk menjalankan
kegiatanya sehari hari, baik...
dari pohonya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonya, buah mangga harus
memiliki energi. Energi apakah itu?...
Ek = m.v.v
dengan,
Ek = Energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
2.2. Energi potensial
Tahuka...
h = ketinggian (m)
2.3. Energi panas
Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahai dengan
pan...
antara ujung-ujung lampu berhambatan R menjadi V dengan kuat arus sebesar I mengalir
selama selang waktu Δt.
Besarnya ener...
Energi kimia bahan bakar di ubah menjadi
energi kinetik dari mobil (Gambar 1.6)
minyak bumi.
Energi kimia dalam minyak bum...
Diket:F = 80 N Jawab: W = F.s. cos = 80.6.0,8 = 384 J
S = 6 m
=370(cos 370 =0,8)
Dit: W =...?
Soal 3:
Sebuah balok didoron...
t = 4 sekon
Dit: Ek=…?
Jawab:
Dari persamaan Hk II Newton: a =F/m=6/2 = 3 m/s2
Dari persamaan GLBB: v =v0 +a.t
v =0+3.4 = ...
g = 10 m/s2
Dit: Ep=…?
Jawab:
Ep= m.g.h = 5. 10.10 = 500 J
Jawab:
W= Ep
W = m. g .(h2 – h1) = 2. 10. (20 –5)
W = 300 J
So...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Usaha dan energi

3,922 views
3,827 views

Published on

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

No Downloads
Views
Total views
3,922
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
4
Actions
Shares
0
Downloads
253
Comments
0
Likes
4
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Usaha dan energi

  1. 1. USAHA DAN ENERGI Disusun oleh: Gema Taufik Habibie XI IPA 8/21
  2. 2. SMA NEGERI 5 SEMARANG 2 Usaha dan Energi XI IPA
  3. 3. USAHA DAN ENERGI A.USAHA Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat luas, misalnya: usaha seorang anak untuk menjadi pandai, usaha seorang pedagang untuk memperoleh laba yang banyak, usaha seorang montir untuk memperbaiki mesin dan sebagainya. Jadi dapat disimpulkan usaha adalah segala kegiatan yang dilakukan untuk mencapai tujuan. Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti, jika sebuah benda berpindah tempat sejauh d karena pengaruh F yang searah dengan perpindahannya 4.1), maka usaha yang dilakukan sama dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: W = F.d Jika gaya yang bekerja membuat sudut terhadap perpindahannya usaha yang dilakukan adalah hasil kali komponen gaya yang searah dengan perpindahan (Fcos alfa) (Gambar 1.1) dikalikan dengan perpindahannya (d). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut: W = F cos α.d dengan: W = usaha (joule) F = gaya (N) d = perpindahan (m) = sudut antara gaya dan perpindahan Aplikasi Usaha Dalam Kehidupan Kita 1. Mendorong rumah usaha yang sia-sia. Nilai W = 0 N 2. Mendorong mobil mogok, menarik gerobak, memukul orang W ada nilainya. 3. Katrol menggunakan keuntungan mekanis (KM) 4. Bidang miring bergantung pada kemiringan (s) Dalam kehidupan sehari-hari, kata usaha dapat diartikan sebagai kegiatan dengan mengerahkan tenaga atau pikiran untuk mencapai tujuan tertentu. Usaha dapat juga dipakai sebagai pekerjaan untuk mencapai suatu tujuan tertentu. 3 Usaha dan Energi XI IPA
  4. 4. Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah perpindahan tersebut. Contohnya: ibaratkan seseorang menarik kotak pada bidang datar dengan tali membentuk sudut α terhadap horizontal ,sedangkan gaya F membentuk sudut α terhadap perpindahan..... dari soal tersebut menunjukkan gaya tarik pada sebuah benda yang terletak pada bidang horizontal hingga benda berpindah sejauh s sepanjang bidang. Jika gaya tarik tersebut dinyatakan dengan F maka gaya F membentuk sudut α terhadap arah perpindahan benda. Dalam konsep Fisika disebut ada usaha apabila ada resultan gaya tetap dan ada perpindahan pada arah garis kerja gaya.Sepeda motor pada gambar tidak melakukan usaha karena masih statis di tempat, sungguhpun mesinnya telah dihidupkan. Jika sepeda motor telah dikendarai menempuh perpindahan dan selama itu ada resultan gaya tetap dikatakansepeda motor melakukan usaha. Namun bila dikendarai dengan kelajuan tetap, sungguhpun ada perpindahan dikatakan sepeda motor tidak melakukan usaha, karena resultan gaya bernilai nol atau tidak ada perubahan energi kinetik. Dalam bab ini akan dipahami tentangusahadanenergi. Menunjukkan Hubungan Usaha, Gaya dan Perpindahan 1. Usaha Oleh Resultan Gaya Tetap Ilmuwan menemukan bahwa energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya melaluitiga cara, yaitu usaha (kerja), kalor (panas), dan radiasi.Usaha/kerja dalam kehidupan sehari-hari adalah mengerjakan sesuatu. Usaha/kerja dalamfisika diartikan sebagai mengubah energi. Perubahan energi yang di dalamnya terdapat penerapan gaya itulah yang disebut usaha atau kerja. Usaha/kerja juga mempunyai satuan joule dalam sistem SI dan merupakan besaran skalar seperti halnya energi.Dalam setiap gejala fisis, kerja (work ) adalah hasil kali resultan gaya ( force) dan perpindahan ( separation), dapat dirumuskan sebagai : 4 Usaha dan Energi XI IPA
  5. 5. W = ∑ F . s Dalam hal ini resultan gaya dianggap selalu bernilai tetap, sehingga usaha yang dihasilkan adalah usaha yang ditimbulkan oleh gaya tetap.Besar usaha dapat ditentukan melalui grafik hubungan F – s. Perhatikan grafik berikut ini,sumbu y menunjukkan besar gaya F dan sumbu x menunjukkan besar perpindahan s. Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F adalah W = F.s, hal itu setara dengan luas bidangsegi empat yang dinaungi kurva/garis F. Pada grafik tersebut tampak bahwaW = 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. Gambar 7.1. Orang yang mendorong benda yang terlaluberat 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 mempertahankankecepatannya dengan kelajuan konstan (v = tetap). Walaupun kereta itu berpindahmenempuh jarak tertentu dikatakan tidak melakukan usaha (W =0) karena resltan gayanol (∑ 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 5 Usaha dan Energi XI IPA
  6. 6. Gambar 7.2. 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. 2. Usaha Oleh Resultan Gaya Tidak Tetap Usaha yang ditimbulkan oleh gaya yang berubah-ubah dengan arah yang tetap dapat ditemukan pada kejadian balok yang diikat pada pegas kemudian ditarik ke bawah sejauhx dan dilepaskan.Pada saat tepat akan dilepaskan usaha pada kedudukan itu adalahW = ½ k x2 Bola akan bergerak keatas sampai pegas memampat maksimum dan akan bergerak kembali ke arah berlawanan sampai pegas meregang maksimum, begitu seterusnya Gambar 7.3. Usaha oleh gaya yang berubah pada sistem balok terikat pada pegas Besar gaya pada pegas dapat dihitung dengan hukum Hooke yaitu F = k.yUsaha pada posisi balok tertentu dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut.W = ½ k y2 Dimana k adalah konstanta pegas, sedangkan x adalah simpangan maksimum dan y adalah pertambahan panjang pegas terhadap kedudukan seimbangnya (pada saat y = 0) Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu,secara matematis didefinisikan sebagai berikut: P = w/t dengan: P = daya (watt) W = usaha (joule) t = waktu (s) Daya termasuk besaran skalar yang dalam satuan MKS mempunyai satuan watt atau J/s Satuan lain adalah: 1 hp = 1 DK = 1 PK = 746 watt hp = Horse power; DK = daya kuda; PK = Paarden Kracht 1 Kwh adalah satuan energi yang setara dengan = 3,6 .106 watt.detik = 3,6 . 106 joule 6 Usaha dan Energi XI IPA
  7. 7. Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang melakukan usaha itu harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan perpindahan.NurAzizah (2007:46) menyatakan ”usaha merupakan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang dialami oleh gaya tadi.Jadi, jika suatu benda diberi gaya namun benda tidak mengalami perpindahan, maka dikatakan usaha pada benda tersebut nol”.Sebagai contoh sebuah mesin melakukan usaha ketika mengangkat atau memindahkan sesuatu. Seseorang yang membawa batu bata ke lantai dua sebuah bangunan telah melakukan usaha. Ketika berjalan, otot-otot kaki melakukan usaha. Namun, jika kamu hanya menahan sebuah benda agar benda tersebut tidak bergerak, itu bukan melakukan usaha. Seseorang yang sudah menahan sebuah batu besar agar tidak menggelinding ke bawah tidak melakukan usaha, walaupun orang tersebut telah mengerahkan seluruh kekuatannya untuk menahan batu tersebut. Jadi, dalam fisika, usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda. Saat kita mendorong atau menarik benda, kita mengeluarkan energi. Usaha yang kita lakukan tampak pada perpindahan benda itu. Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah perpindahan tersebut .Untuk memindahkan sebuah benda yang bermassa lebih besar dan pada jarak yang lebih jauh, diperlukan usaha yang lebih besar pula.Apabila usaha disimbolkan dengan W, gaya F, dan perpindahan s, maka: Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai dengan konsep perkalian titik antara dua buah vektor, maka usaha W merupakan besaran . Bila sudut yang dibentuk oleh gaya F dengan perpindahan s adalah θ, maka besarnya usaha dapat dituliskan sebagai: W = (F cos θ).s.Komponen gaya F sin θ dikatakan tidak melakukan usaha sebab tidak ada perpindahan ke arah komponen itu. Dari persamaan rumus usaha, dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya: a. Berbanding lurus dengan besarnya gaya, b. Berbanding lurus dengan perpindahan benda, c. Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda. Jika persamaan rumus usaha kita tinjau lebih seksama, kita mendapatkan beberapa keadaan yang istimewa yang berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda yaitu sebagai berikut: a. Apabila θ = 00, maka arah gaya sama atau berimpit dengan arah perpindahan benda dan cos θ = 1, sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya F dapat dinyatakan: W = F . s cos θ W = F . s . 1 7 Usaha dan Energi XI IPA
  8. 8. b. Apabila θ = 900, maka arah gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan benda dan cos θ = 0, sehingga W = 0. Jadi, jika gaya F bekerja pada suatu benda dan benda berpindah dengan arah tegak lurus pada arah gaya, dikatakan bahwa gaya itu tidak melakukan usaha. c. Apabila θ = 1800, maka arah gaya F berlawanan dengan arah perpindahan benda dan nilai cos θ = -1, sehingga W mempunyai nilai negatif. Hal itu dapat diartikan bahwa gaya atau benda itu tidak melakukan usaha dan benda tidak mengeluarkan energi, tetapi mendapatkan energi. Sebagai contoh adalah sebuah benda yang dilemparkan vertikal ke atas. Selama benda bergerak ke atas, arah gaya berat benda berlawanan dengan perpindahan benda. Hal itu dapat dikatakan bahwa gaya berat benda melakukan usaha yang negatif. Contoh lain adalah sebuah benda yang didorong pada permukaan kasar dan benda bergerak seperti tampak pada Gambar 7.4. Pada benda itu bekerja dua gaya, yaitu gaya F dan gaya gesekan fk yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan benda. Gambar 7.4 Jika perpindahan benda sejauh s maka gaya F melakukan usaha: W = F . s, sedangkan gaya gesekan fk melakukan usaha: W = fk . s d. Apabila s = 0, maka gaya tidak menyebabkan benda berpindah. Hal itu berarti W = 0. Jadi, meskipun ada gaya yang bekerja pada suatu benda,namun jika benda itu tidak berpindah maka, dkatakan bahwa gaya itu tidak melakukan usaha. 3. Satuan Usaha 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 8 Usaha dan Energi XI IPA
  9. 9. 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 4. Menghitung Usaha dari Grafik Gaya dan Perpindahan Apabila gaya yang bekerja pada suatu benda besar dan arahnya tetap maka grafik antara F dan perpindahan s merupakan garis lurus yang sejajar dengan sumbu mendatar s. Usaha: W = luas daerah yang diarsir Dengan demikian, dari diagram F – s dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gaya F sama dengan luas bangun yang dibatasi garis grafik dengan sumbu mendatar s . 5. Usaha yang Dilakukan oleh Beberapa Gaya Dalam kehidupan nyata hampir tidak pernah kita menemukan kasus pada suatu benda hanya bekerja sebuah gaya tunggal. Misalnya, ketika Anda menarik sebuah balok sepanjang lantai. Selain gaya tarik yang Anda berikan, pada balok juga bekerja gaya-gaya lain seperti: gaya gesekan antara balok dan lantai, gaya hambatan angin, dan gaya normal. Jadi, usaha yang dilakukan oleh resultan beberapa gaya yang memiliki titik tangkap sama adalah sama dengan jumlah aljabar usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya. Jika pada sebuah benda bekerja dua gaya maka usaha yang dilakukan adalah: W = W1 + W2 Jika terdapat lebih dari dua gaya: W = W1 + W2 + W3 + ...... + Wn atau W = ∑Wn 6. Usaha Negatif Seorang anak mendorong sebuah balok dengan tangannya. Sesuai dengan hukum III Newton, dapat disimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada balok dan tangan dalam kasus ini sama besar tetapi berlawanan arah, yaitu FAB = -FBA. Tanda negatif menunjukkan arah yang berlawanan. Jika usaha oleh tangan pada balok bernilai positif ( karena searah dengan perpindahan balok), maka usaha oleh balok pada tangan bernilai negatif. B. ENERGI 9 Usaha dan Energi XI IPA
  10. 10. 1.Pengertian Energi Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat besar untuk menjalankan kegiatanya sehari hari, baik untuk kegiatan jasmani maupun rohani. Berpikir, bekerja, belajar dan bernyanyi memerlukan energi yang besar. Kamu membutuhkan berjuta juta kalori setiap harinya untuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari hari. Oleh karena itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkat sekolah, kamu harus makan terlebih dahulu. Dengan demikian tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatan kegiatan di sekolah dan untuk menjaga kesehatanmu . Dari sekilas penjelasan diatas dapat kita simpulkan bahwa energi adalah kemampuan untuk melakukan sesuatu/ usaha. Dalam satuan energi dalam sistem international adalah joule. 1 joule = 0,24 kalori. 1 kalori = 4,2 joule 2. Macam – Macam Energi a. Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) b. Energi panas c. Energi listrik d. Energi kimia e. Energi nuklir f. Energi cahaya g. Energi suara Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun. Energi yang paling terbesar dibumi adalah matahari. Tuhan telah menciptakan matahari khusus untuk mensejahterahkan umat manusia. Jarak matahari kebumi yang telah diatur 149.600 juta kilometer memungkinkan energi panas yang diterima manusia di Bumi tidak membahayakan. Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bumi dan dapat menghasilkan energi energi yang lain dimuka bumi. Caranya adalah dengan mengubah energi matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia, energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak. A. Energi mekanik. Ketika kamu memperhatikan sebuah mangga yang bergantung di pohonya, mungkin kamu mengharapkan buah mangga tersebut jatuh dari pohonya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh 10 Usaha dan Energi XI IPA
  11. 11. dari pohonya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonya, buah mangga harus memiliki energi. Energi apakah itu? Ketika buah mangga (Gambar 2.1) 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 dengan Em = Energi mekanik (J) Ep = Energi Potensial ( J) Ek = Energi Kinetik (J) 2.1. 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 dapat menerbangkan 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 bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi akibat gerakan angina yang akan membuat layangan mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya angina dan air, memiliki kemampuan yang dapat digunakan untuk menarik / mendorong sesuatu. Energi yang dimiliki Gambar 1.2 oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik. Kamu pun memiliki energi kinetik bila bergerak. Kesimpulan dari diatas adalah bahwa energi kinetik bergantung pada massa benda dan kecepan benda tersbut. Secara matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis : 11 Usaha dan Energi XI IPA
  12. 12. Ek = m.v.v dengan, Ek = Energi kinetik (joule) m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) 2.2. Energi potensial Tahukah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adalah energi akibat perbedaan 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 Gambar 1.3 benda lain seperti tarikan antar planet. 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 : Ep = m.g.h Dengan Ep = energi potensial (J) m = massa benda (kg) g = konstanta gravitasi (m/s.s) 12 Usaha dan Energi XI IPA
  13. 13. h = ketinggian (m) 2.3. 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. Gambar 1.4 2.4. 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. Gambar 1.5 Seperti yang kita ketahui bahwa energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan usaha. Terkait dengan listrik, untuk memindahkan sejumlah muatan potensial yang satu ke potensial lainnya, di mana kedua potensial memiliki nailai berbeda, maka dibutuhkan energi. Perhatikanlah gambar berikut : Perhatikanlah gambar di samping. Pada gambar tersebut terlihat sebuah lampu berhambatan R dihubungkan dengan dengan sebuah sumber tegangan listrik (AKI) sehingga menimbulkan tegangan Vab antar ujung - ujung lampu atau dengan kata lain beda tegangan 13 Usaha dan Energi XI IPA
  14. 14. antara ujung-ujung lampu berhambatan R menjadi V dengan kuat arus sebesar I mengalir selama selang waktu Δt. Besarnya energi listrik yang yang diberikan oleh sumber tegangan untuk memeindahkan muatan pada filamen lampu yang hambatannya R tersebut dinyatakan dengan persamaan W = V . ΔQ W = V . I . Δt Dalam hal ini W adalah energi yang dihasilkan oleh sumber tegangan jika sumber tegangan tersebut menghasilkan arus listrik sebesar I amper dalam selang waktu Δt sekon dengan beda potensial sebesar V volt. Dengan menerapkan Hukum Ohm pada suatau rangkaian listrik (I = V/R), maka persamaan untuk energi listrik dapat dituliskan dalam bentuk lain seperti berikut W = V . I . Δt W = I . R . I . Δt W = I2 . R . Δt W = V2/R . Δt 2.5. Energi Kimia Energi Kimia adalah energi yang tersimpan dalam 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. Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan 14 Usaha dan Energi XI IPA
  15. 15. Energi kimia bahan bakar di ubah menjadi energi kinetik dari mobil (Gambar 1.6) minyak bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan, alat alat pabrik, ataupun kegiatan memasak. 2.6. Energi nuklir Energi nuklir adalah energi yang tersimpan dalam atom. Energi keluar ketika terjadi proses reaksi nuklir. Jadi, bisa disimpulkan bahwa energi nuklir dihasilkan dari perubahan sejumlah massa inti atom ketika berubah menjadi inti atom yang lain dalam reaksi nuklir.Contoh-contoh banda- Pembangkit listrik tenaga nuklir (Gambar 1.7) banda yang mempunyai energi nuklir antara lain: 1. Pembangkit listrik tenaga nuklir 2. Awan cendawan karena bom nuklir Pada saat ini energi nuklir sangat berkembang dan dapat dimanfaatkan yaitu dengan cara memberikan solusi atas masalah kelangkaan energi. Yang bisa kita ketahui yaitu pemanfaatan energi nuklir dengan adanya listrik di setiap rumah-rumah, yang biasa disebut Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yaitu pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. SOAL Soal 1: Dadan mendorong mobilnya yang sedang macet di jalan raya dengan gaya tetap sebesar 210 N yang searah dengan arah mobil sehingga mobil berpindah sejauh 20 meter. Hitung usaha yang dilakukan Dadan. Diket: F = 10 N S = 20 m Dit: W =...? Jawab: W = F.s = 210. 20 = 4200 J Soal 2: Sebuah balok ditarik dengan gaya 80 N dengan arah membentuk sudut 370 terhadap horizontal. Jika balok hanya berpindah sejauh 6 meter, berapakah usaha yang dilakukan pada balok tersebut? 15 Usaha dan Energi XI IPA
  16. 16. Diket:F = 80 N Jawab: W = F.s. cos = 80.6.0,8 = 384 J S = 6 m =370(cos 370 =0,8) Dit: W =...? Soal 3: Sebuah balok didorong sejauh 4 m sepanjang permukaan kasar dengan gaya mendatar 20 N. Jika pada balok bekerja gaya gesekan sebesar 5 N, hitunglah: a. usaha yang dilakukan oleh gaya 20 N b. usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan c. usaha total yang dikerjakan pada balok. Diket:F = 20 N f = 5 N s = 4 m Dit: a.WF =...? b.Wf=.....? c. W=......? Soal 4: Sebuah balok bermassa 50 kg ditarik dengan gaya tetap sebesar 600 N yang arahnya 600 terhadap horizontal. Jika koefesien gesekan antara balok dan lanatai 0,4, hitunglah usaha total yang dilakukan pada balok jika balok berpindah sejauh 10 m. Diket: F = 600 N k = 5 N s = 10 m =600 Dit: W =...? Jawab: a. Usaha oleh gaya 20 N : W=F.s =20.4 =80 J b. Usaha oleh gaya gesekan: W =-f.s =-5.4 =-20 J c. Usaha total: W = (F).s =(20-5).4 =15.4 = 60 J Jawab: Kita hitung dulu gaya gesekan yang bekerja pada balok: f=k.N =k.m.g = 0,4.50. 10 = 200 N Usaha totalnya: W = (F).s W =(F. Cos 600- f) .s W = (600. 0,5 – 200). 10 W = 100. 10 = 1000 J Soal 5: Sebuah gaya sebesar 6 N bekerja pada sebuah balok diam bermassa 2 kg secara horizontal selama 4 sekon. Hitung energi kinetik akhir yang dimiliki oleh balok. Diket:F = 6 N m = 2 kg 16 Usaha dan Energi XI IPA
  17. 17. t = 4 sekon Dit: Ek=…? Jawab: Dari persamaan Hk II Newton: a =F/m=6/2 = 3 m/s2 Dari persamaan GLBB: v =v0 +a.t v =0+3.4 = 12 m/s Energi kinetik balok adalah: Ek= ½ mv2 =1/2.2. 122 = 144 J Soal 6: Pada sebuah kereta luncur dikerjakan sebuah gaya mendatar sebesar 1000 N. Jika kecepatan awalnya 2 m/s dan massanya 1500 kg, berapakah kecepatan kereta luncur tersebut ketika sudah berpindah sejauh 10 m ? Diket:F = 1000 N m = 1500 kg s = 10 m v1 = 2 m/s Dit: v2=…? Jawab: W = Ek2-Ek1 F.s = ½ m. v2 2 –1/2 m.v1 2 1000. 10 = ½ 1500. v2 2- ½ .1500. 22 10000 = 750. v2 2 – 3000 10000 + 3000 = 750. v2 2 750. v2 2 = 13000 v2 2 = 13000/750 = 17,33 atau v2 = 17,33 = 4,2 m/s Contoh Soal 7: Sebuah benda dengan massa 5 kg digantung pada ketinggian 10 meter di atas tanah. Hitunglah energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut. (g = 10 m/s2). Diket: m = 5 kg h = 10 m g = 10 m/s2 Dit: Ep=…? Contoh Soal 8: Ketinggian awal sebuah benda bermassa 2 kg adalah 5 meter. Jika g = 10 m/s2, hitunglah usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut ke tempat yang tingginya 20 m. Diket: m = 2 kg, h1 = 5 m h2 = 20 m 17 Usaha dan Energi XI IPA
  18. 18. g = 10 m/s2 Dit: Ep=…? Jawab: Ep= m.g.h = 5. 10.10 = 500 J Jawab: W= Ep W = m. g .(h2 – h1) = 2. 10. (20 –5) W = 300 J Soal 9: Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 15 meter dengan kecepatan awal 15 m/s. Jika g = 10 m/s2, hitunglah kecepatan bola sesaat sebelum menyentuh tanah. Diket:v1 = 15 m/s h1 = 15 m ; h2 = 0 m g = 10 m/s2 Dit: v2 =….? Soal 10: Sebuah benda bermassa 0,25 kg bergerak dengan kecepatan 0,25 kg bergerak dengan kecapatan 5 m/s di titik A pada lintasan licin seperti pada gambar. Jika g = 10 m/s2, tentukan kecepatannya di titik B dan C. Diket:m = 0,25 kg vA = 5 m/s g = 10 m/s2 hA = 1,5 m hC = 2,5 m hB = 0 m Dit: vB, vC =….? Jawab: EM1= EM2 Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 ½ mv1 2 +mgh1 = ½ mv2 2 +mgh2 ½ v1 2 + gh1 = ½ v2 2 + gh2 ½ 152 + 10.15 = ½ v2 2 + 0 112,5 + 150 = ½ v2 2  ½ v2 2 = 262,5 v2 2 = 525 v2 = 525 = 22, 91 m/s 18 Usaha dan Energi XI IPA

×