Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Makalah

17,379 views

Published on

usaha, energi, dan daya

Published in: Education

Makalah

  1. 1. KATA PENGANTARSegala puji bagi Tuhan yang telah menolong hamba-Nya menyelesaikan makalah inidengan penuh kemudahan. Tanpa pertolongan Dia mungkin penyusun tidak akansanggup menyelesaikan dengan baik.Makalah ini disusun agar pembaca dapat mengetahui keterkaitan hidup kita selama inidengan usaha, energi, dan daya.. Makalah ini di susun oleh penyusun dengan berbagairintangan. Baik itu yang datang dari diri penyusun maupun yang datang dari luar. Namundengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Tuhan akhirnya makalah inidapat terselesaikan.Makalah ini memuat tentang “Usaha, energi, dan daya” dan sengaja dipilih karena untukmemenuhi nilai sang penulis untuk rapor semester ganjil kali ini.Penyusun juga mengucapkan terima kasih kepada guru yang telah banyak membantupenyusun agar dapat menyelesaikan makalah ini.Semoga makalah ini dapat memberikan ilmu maupun wawasan yang lebih luas kepadapembaca. Walaupun makalah ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun mohonuntuk saran dan kritiknya. Terima kasih.Penulis
  2. 2. Daftar isiKATA PENGANTARDAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG MASALAH B. IDENTIFIKASI MASALAH C. PEMBATASAN MASALAH D. PERUMUSAN MASALAHBAB II PEMBAHASAN A. USAHA B. ENERGI C. KAITAN ANTARA USAHA DAN ENERGI D. DAYA E. CONTOH SOALBAB III PENUTUP A. SIMPULAN B. SARANDafatar Pustaka
  3. 3. BAB I PENDAHULUANA. LATAR BELAKANG MASALAHIlmu pengetahuan dan teknologi merupakan hal yang sehari-hari akan selalu kita jumpai.Dan selalu mengalami perubahan dan kemajuan setiap waktu. Untuk mencapai kehidupanyang cerdas tentunya belajar adalah hal pokok yang harus dijalani. Termasukmempelajari pengetahuan yang berkaitan dengan kehidupan kita sehari-hari.Dalam kaitan ini pengetahuan yang bersangkutan dengan kehidupan kita sehari-hariseperti usaha, energi, dan daya harus dikembangkan sebagai salah satu instalasi untukmewujudkan tujuan mencerdaskan kehidupan bangsa.Judul makalah ini sengaja dipilih karena menarik perhatian penulis untuk dicermati danperlu mendapat dukungan dari semua pihak yang peduli terhadap dunia pendidikanB. IDENTIFIKASI MASALAHSesuai dengan judul makalah ini “usaha, energi, dan daya” terkait dengan kehidupansetiap kegiatan makhluk hidup di duniaBerkaitan dengan judul tersebut, maka masalah dapat diidentifikasikan sebagai berikut: 1. Bagaimana penjelasan mengenai usaha, energi, dan daya? 2. Bagaimana cara-cara menyelesaikan soal-soal mengenai usaha, energi, dan daya?C. PEMBATASAN MASALAHUntuk memperjelas ruang lingkup pembahasan masalah, maka masalah yang akandibahas dibatasi pada : 1. penjelasan mengenai usaha, energi, dan daya. 2. cara-cara menyelesaikan soal-soal mengenai usaha, energi, dan dayaD. PERUMUSAN MASALAHBerdasarkan latar belakang dan pembatasan masalah tersebut, masalah-masalah yangdibahas dapat dirumuskan sebagai berikut : 1. Bagaimana penjelasan mengenai usaha, energi, dan daya? 2. Bagaimana cara-cara menyelesaikan soal-soal mengenai usaha, energi, dan daya?
  4. 4. BAB IIPEMBAHASANA. UsahaPerhatikanlah gambar orang yang sedang menarik balok sejaruh d meter! Orang tersebutdikatakan telah melakukan kerja atau usaha. Namun perhatikan pula orang yangmendorong dinding tembok dengan sekuat tenaga. Orang yang mendorong dindingtembok dikatakan tidak melakukan usaha atau kerja. Meskipun orang tersebutmengeluarkan gaya tekan yang sangat besar, namun karena tidak terdapat perpindahankedudukan dari tembok, maka orang tersebut dikatakan tidak melakukan kerja. Gambar: Usaha akan bernilai bila ada perpindahanKata kerja memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari, namun dalam fisika katakerja diberi arti yang spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan gaya ketikagaya itu bekerja pada suatu benda. Kata ’kerja’ dalam fisika disamakan dengan katausaha. Kerja atau Usaha secara spesifik dapat juga didefinisikan sebagai hasil kali besarperpindahan dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan.Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s, maka gaya F melakukan usahasebesar W, yaitu
  5. 5. Persamaan usaha dapat dirumuskan sebagai berikut. W = ΣF . sW = usaha (joule)F = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)s = perpindahan (m)Jika suatu benda melakukan perpindahan sejajarbidang horisontal, namun gaya yang diberikanmembentuk sudut α terhadap perpindahan,maka besar usaha yang dikerjakan pada bendaadalah : W = F . cos α . sLalu bagaimana menentukan besarnya usaha, jika gaya yang diberikan tidak teratur.Sebagai misal, saat 5 sekon pertama, gaya yang diberikan pada suatu benda membesardari 2 N menjadi 8 N, sehingga benda berpindah kedudukan dari 3 m menjadi 12 m.Untuk menentukan kerja yang dilakukan oleh gaya yang tidak teratur, maka kitagambarkan gaya yang sejajar dengan perpindahan sebagai fungsi jarak s. Kita bagi jarak
  6. 6. menjadi segmen-segmen kecil ∆s. Untuk setiap segmen, rata-rata gaya ditunjukkan darigaris putus-putus. Kemudian usaha yang dilakukan merupakan luas persegi panjangdengan lebar ∆s dan tinggi atau panjang F. Jika kita membagi lagi jarak menjadi lebihbanyak segmen, ∆s dapat lebih kecil dan perkiraan kita mengenai kerja yang dilakukanbisa lebih akurat. Pada limit ∆s mendekati nol, luas total dari banyak persegi panjangkecil tersebut mendekati luas dibawah kurva.Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya yangtidak beraturan pada waktu memindahkansebuah benda antara dua titik sama denganluas daerah di bawah kurva.Pada contoh di samping :W = ½ . alas . tinggiW = ½ . ( 12 – 3 ) . ( 8 – 2 )W = 27 jouleB. EnergiEnergi merupakan salah satu konsep yang penting dalam sains. Meski energi tidak dapatdiberikan sebagai suatu definisi umum yang sederhana dalam beberapa kata saja, namunsecara tradisional, energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukanusaha atau kerja. Untuk sementara suatu pengertian kuantitas energi yang setara denganmassa suatu benda kita abaikan terlebih dahulu, karena pada bab ini, hanya akandibicarakan energi dalam cakupan mekanika klasik dalam sistem diskrit.Cobalah kalian sebutkan beberapa jenis energi yang kamu kenal ! Apakah energi-energiyang kalian kenal bersifat kekal, artinya ia tetap ada namun dapat berubah wujud ?Jelaskanlah salah satu bentuk energi yang kalian kenali dalam melakukan suatu usahaatau gerak!
  7. 7. Beberapa energi yang akan dibahas dalam bab ini adalah sebagai berikut.1. Energi PotensialEnergi potensial adalah energi yang berkaitan dengan kedudukan suatu benda terhadapsuatu titik acuan. Dengan demikian, titik acuan akan menjadi tolok ukur penentuanketinggian suatu benda.Misalkan sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.Energi potensial dinyatakan dalam persamaan:Ep = m . g . hEp = energi potensial (joule)m = massa (joule)g = percepatan gravitasi (m/s2)h = ketinggian terhadap titik acuan (m)Persamaan energi seperti di atas lebih tepatdikatakan sebagai energi potensial gravitasi. Di
  8. 8. samping energi potensial gravitasi, juga terdapat energi potensial pegas yang mempunyaipersamaan:Ep = ½ . k. ∆x2 atau Ep = ½ . F . ∆xEp = energi potensial pegas (joule)k = konstanta pegas (N/m)∆x = pertambahan panjang (m)F = gaya yang bekerja pada pegas (N)Di samping energi potensial pegas, juga dikenal energi potensial gravitasi Newton, yangberlaku untuk semua benda angkasa di jagad raya, yang dirumuskan:Ep = – G M.m / r2Ep = energi potensial gravitasi Newton (joule) selalu bernilai negatif. Hal ini menunjukkan bahwa untuk memindahkan suatu benda dari suatu posisi tertentu ke posisi lain yang jaraknya lebih jauh dari pusat planet diperlukan sejumlah energi (joule)M = massa planet (kg)m = massa benda (kg)r = jarak benda ke pusat planet (m)G = tetapan gravitasi universal = 6,672 x 10-11 N.m2/kg22. Energi Kinetik
  9. 9. Energi kinetik adalah energi yang berkaitan dengan gerakan suatu benda. Jadi, setiapbenda yang bergerak, dikatakan memiliki energi kinetik. Meski gerak suatu benda dapatdilihat sebagai suatu sikap relatif, namun penentuan kerangka acuan dari gerak harustetap dilakukan untuk menentukan gerak itu sendiri.Persamaan energi kinetik adalah : Ek = ½ m v2Ek = energi kinetik (joule)m = massa benda (kg)v = kecepatan gerak suatu benda (m/s)Gambar:Energi kimia dari bahan bakar diubah menjadi energi kinetik oleh mobil3. Energi MekanikEnergi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik dapatdinyatakan dalam sebuah persamaan: Em = Ep + Ek
  10. 10. Energi mekanik sebagai energi total dari suatu benda bersifat kekal, tidak dapatdimusnahkan, namun dapat berubah wujud, sehingga berlakulah hukum kekekalan energiyang dirumuskan: Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2Mengingat suatu kerja atau usaha dapat terjadi manakala adanya sejumlah energi, makaperlu diketahui, bahwa berbagai bentuk perubahan energi berikut akan menghasilkansejumlah usaha, yaitu:W=F.sW = m g (h1 – h2)W = Ep1 – Ep2W = ½ m v22 – ½ m v12W = ½ F ∆xW = ½ k ∆x2Keterangan :W = usaha (joule)F = gaya (N)m = massa benda (kg)g = percepatan gravitasi (umumnya 10 m/s2 untuk di bumi, sedang untuk di planetlain dinyatakan dalam persamaan g = Gh1 = ketinggian awal (m)h2 = ketinggian akhir (m)v1 = kecepatan awal (m)v2 = kecepatan akhir (m)k = konstanta pegas (N/m)
  11. 11. ∆x = pertambahan panjang (m)Ep1 = energi potensial awal (joule)Ep2 = energi potensial akhir (joule)Dengan mengkombinasi persamaan-persamaan di atas, maka dapat ditentukan berbagainilai yang berkaitan dengan energi. Di samping itu perlu pula dicatat tentang percobaanJames Prescott Joule, yang menyatakan kesetaraan kalor – mekanik. Dari percobaannyaJoule menemukan hubungan antara satuan SI joule dan kalori, yaitu :1 kalori = 4,185 joule atau1 joule = 0,24 kalorC. Kaitan Antara Energi dan UsahaTeorema usaha-energi apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja dapatditentukan sebagai berikut.W=F.s W = m a.s W = ½ m.2asKarena v22 = v21 + 2as dan 2as = v22 – v21 maka W = ½ m (v22 – v21) W = ½ m v22 – ½ m v21 W = ∆ EpUntuk berbagai kasus dengan beberapa gaya dapat ditentukan resultan gaya sebagaiberikut. • Pada bidang datar- fk . s = ½ m (Vt2 – Vo2)
  12. 12. F cos α – fk . s = ½ m (Vt2 – Vo2)• Pada bidang miring- w sin α – fk . s = ½ m (Vt2 – Vo2)(F cos β – w sin α – fk) . s = ½ m(Vt2 - Vt2)D. Daya
  13. 13. Daya adalah kemampuan untuk mengubah suatu bentuk energi menjadi suatu bentukenergi lain. Sebagai contoh, jika terdapat sebuah lampu 100 watt yang efisiensinya 100%, maka tiap detik lampu tersebut akan mengubah 100 joule energi listrik yangmemasuki lampu menjadi 100 joule energi cahaya. Semakin besar daya suatu alat, makasemakin besar kemampuan alat itu mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energilain.Secara matematis, hubungan antara daya, usaha dan waktu dirumuskan sebagai berikut :Berdasarkan persamaan ini, dapat disimpulkan bahwa semakin besar laju usaha, semakinbesar Daya. Sebaliknya, semakin kecil laju Usaha maka semakin kecil laju Daya. Yangdimaksudkan dengan laju usaha adalah seberapa cepat sebuah usaha dilakukan. Misalnyamobil A dan B memiliki massa yang sama menempuh suatu lintasan berjarak 1 km.Apabila mobil A menempuh lintasan tersebut dalam waktu yang lebih singkatdibandingkan dengan mobil B, maka ketika menempuh lintasan itu, daya mobil A lebihbesar dari mobil B. Dengan kata lain, Mobil A memiliki laju perubahan energi kimiamenjadi energi mekanik yang lebih besar dari pada mobil B.Daya merupakan besaran skalar, besaran yang hanya mempunyai nilai alias besar, tidakmempunyai arah. Satuan Daya dalam Sistem Internasional adalah Joule/detik. Joule/detikjuga biasa disebut Watt (disingkat W), untuk menghargai James Watt. Dalam sistemBritish, satuan daya adalah 1 pon-kaki/detik. Satuan ini terlalu kecil untuk kebutuhanpraktis sehingga digunakan satuan lain yang lebih besar, yakni dayakuda atau horsepower (disingkat hp). 1 dayakuda = 550 pon-kaki/detik = 764 watt = ¾ kilowatt.Besaran Usaha juga bisa dinyatakan dalam satuan daya x waktu, misalnya kilowatt-jamalias KWH. Satu KWH adalah usaha yang dilakukan dengan laju tetap sebesar 1 KiloWatt selama satu jam.Daya seekor kuda menyatakan seberapa besar usaha yang dilakukan kuda per satuanwaktu. Daya sebuah mesin menyatakan seberapa besar energi kimia atau listrik dapatdiubah menjadi energi mekanik per satuan waktu.Contoh soal 1 :
  14. 14. Seseorang yang bermassa 60 kg menaiki tangga selama 4 sekon. Apabila ketinggianvertikal tangga tersebut adalah 4 meter, hitunglah daya orang itu dalam satuan watt danbesarnya energi yang dibutuhkan untuk menaiki tangga. Anggap saja percepatan gravitasi(g) = 10 m/s2.Panduan jawaban :Hasil perhitungan kita menunjukkan bahwa ketika menaiki tangga, orang tersebutmengubah energi kimia menjadi energi mekanik sebesar 2400 Joule. Ini belum termasukenergi panas yang dihasilkan ketika orang tersebut bergerak. Jadi ketika menaiki tangga,energi yang diubah orang tersebut lebih besar dari 2400 Joule.Soal1) Sebuah balok bermassa 1 kg di atas lantai licin. Jika gaya mendatar 2 N digunakan untuk menarik balok, maka tentukan usaha yang dilakukan agar balok berpindah sejauh 3 m! Penyelesaian: W=F.s W=2.3
  15. 15. W = 6 joule2) Sebuah balok bermassa 5 kg di atas lantai licin ditarik gaya 4 N membentuk sudut 60° terhadap bidang horisontal. Jika balok berpindah sejauh 2 m, maka tentukan usaha yang dilakukan! Penyelesaian: W = F . s . cos α W = 4 . 2 . cos 60° W = 4 joule3) Buah kelapa 4 kg jatuh dari pohon setinggi 12,5 m. Tentukan kecepatan kelapa saat menyentuh tanah! Penyelesaian: Kelapa jatuh memiliki arti jatuh bebas, sehingga kecepatan awalnya nol. Saat jatuh di tanah berarti ketinggian tanah adalah nol, jadi: m.g.h1 + ½ . m v12 = m.g.h2 + ½ . m . v22 jika semua ruas dibagi dengan m maka diperoleh : g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v22 10.12,5 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v22 125 + 0 = 0 + ½ v22 v2 = 15,8 m/s4) Sebuah air terjun setinggi 100 m, menumpahkan air melalui sebuah pipa dengan luas penampang 0,5 m2. Jika laju aliran air yang melalui pipa adalah 2 m/s, maka tentukan
  16. 16. energi yang dihasilkan air terjun tiap detik yang dapat digunakan untukmenggerakkan turbin di dasar air terjun!Penyelesaian:Telah terjadi perubahan kedudukan air terjun, dari ketinggian 100 m menuju ke tanahyang ketinggiannya 0 m, jadi energi yang dihasilkan adalah :W = m g (h1 – h2)Untuk menentukan massa air terjun tiap detik adalah:Q = A . v (Q = debit air melalui pipa , A = luas penampang , v = laju aliran air)Q = 0,5 . 2Q = 1 m3/sQ = (V=volume, t= waktu, dmna t= 1 s)V = 1 m3r= ( r = masa jenis air = 1000 kg/m3, m = masa jenis air)1000 =M = 1000 kgW = m g (h1 – h2)W = 1000 . 10 . (100 – 0)W = 1.000.000 joule
  17. 17. 5) Sebuah benda bermassa 0,1 kg jatuh bebas dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir kemudian berhenti, maka tentukan besar gaya rata-rata yang dilakukan pasir pada benda tersebut! Penyelesaian: Terjadi perubahan kedudukan, sehingga usaha yang dialami benda: W = m g (h1 – h2) W = 0,1 . 10 . (2 – 0) W = 2 joule W=–F.s 2 = – F . 0,02 ( 2 cm = 0,02 m) F = – 100 N tanda (-) berarti gaya yang diberikan berlawanan dengan arah gerak benda!6) Sebuah motor listrik digunakan untuk mengangkat benda seberat 1,20 ? 104 N setinggi 9,00 m dalam waktu 15 s. Berapakah daya motor listrik itu?Penyelesaian P = w/t = m.g.h/t = 1,20 x 104 x 9 / 15 = 7,20.103 w = 7,20 kw7) Sebuah benda jatuh dari ketinggian 4 m, kemudian melewati bidang lengkung seperempat lingkaran licin dengan jari-jari 2 m. Tentukan kecepatan saat lepas dari bidang lengkung tersebut!
  18. 18. Penyelesaian : Bila bidang licin, maka sama saja dengan gerak jatuh bebas buah kelapa, lintasan dari gerak benda tidak perlu diperhatikan, sehingga diperoleh : m.g.h1 + ½ . m v12 = m.g.h2 + ½ . m . v22 g.h1 + ½ .v12 = g.h2 + ½ . v22 10.6 + ½ .02 = 10 . 0 + ½ .v22 60 + 0 = 0 + ½ v22v2 = 10,95 m/s8) Sebuah sepeda dan penumpangnya bermassa 100 kg. Jika kecepatan sepeda dan penumpannya 72 km/jam, tentukan energio kinetik yang dilakukan pemiliki sepeda! Penyelesaian:
  19. 19. Ek = ½ . m . v2 ( v = 72 km/jam = 72 x 1000 m / 3600s) Ek = ½ . 100 . 202 Ek = 20.000 joule9) Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kecepatan 36 km/jam menjadi berkecepatan 144 km/jam dalam 4 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil! Penyelesaian: Terjadi perubahan kecepatan, maka usaha yang dilakukan adalah: W = ½ m v22 – ½ m v12 (1 ton = 1000 kg, 144 km/jam = 40 m/s, 36 km/jam = 10 m/s) W = ½ 1.000 .(40)2 – ½ 1.000 . (10 )2 W = 750.000 joule P = 187.500 watt 80% P = 150.000 watt10) Sebuah peluru 20 gram ditembakkan dengan sudut elevasi 30° dan kecepatan awal 40 m/s. Jika gaya gesek dengan udara diabaikan, maka tentukan energi potensial peluru pada titik tertinggi! Penyelesaian: Tinggi maksimum peluru dicapai saat vy = 0 sehingga : vy = vo sin α – g .t 0 = 40 . sin 30° – 10 . t
  20. 20. t=2sSehingga tinggi maksimum peluru adalah :y = vo . sin α . t – ½ . g . t2y = 40 . sin 30° . 2 – ½ . 10 . 22y = 20 m (y dapat dilambangkan h, yang berarti ketinggian)Jadi energi potensialnya :Ep = m . g . h (20 gram = 0,02 kg)Ep = 0,02 . 10 . 20Ep = 4 joule
  21. 21. BAB IIIPENUTUPA. SIMPULAN1. Usaha adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan.2. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak, dirumuskan sebagai berikut:3. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya,4. Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi mekanik,5. Usaha pada arah mendatar sama dengan perubahan energi kinetic6. Usaha pada arah vertikal sama dengan perubahan energi potensial7. Hukum Kekekalan Energi Mekanik8. Daya adalah energi tiap satuan waktu. P = W/T.
  22. 22. Daftar Pustakahttp//pristiadiutomo.wordpress.comhttp//google.comhttp//scribd.comhttp://rizkythea.blogspot.com

×