USAHA DAN ENERGI

1. ENERGI DAN PERUBAHAN
BENTUKNYA
Ms. DIAH

2. ENERGI adalah kemampuan untuk melakukan USAHA (Kerja) atau
melakukan suatu perubahan
● Kendaraan bermotor tidak akan berjalan tanpa ada bahan
bakar.
● 2. Manusia membutuhkan energi untuk bekerja, bergerak,
bernapas, dan mengerjakan banyak hal lainnya
Pengertian ENERGI

3. Sumber Energi
1. Sumber energi tak terbarukan : energi hasil
tambang bumi (minyak bumi, gas, batubara) ; energi
nuklir (energi potensial yang terdapat pada partikel
di dalam nukleus atom)
2. Sumber energi terbarukan
Misalnya : energi matahari, PLTA, energi angin,
energi tidal (energi pasang surut)

4. • Energi untuk usaha adalah bentuk-
bentuk energi saat usaha yang
dilakukannya langsung tampak atau
terasa.
• Adapun energi potensial adalah energi
yang tersimpan / masih tersembunyi
pada benda.
• Berbagai bentuk energi untuk USAHA
di antaranya energi kinetik, energi
bunyi, energi kalor, energi cahaya, dan
energi listrik

6. 1. ENERGI KIMIA
MENJADI GERAK
2. ENERGI KIMIA
MENJADI ENERGI
CAHAYA
3. ENERGI LISTRIK
MENJADI ENERGI
GERAK
4. ENERGI LISTRIK
MENJADI ENERGI
PANAS
Perubahan Bentuk
Energi

7. ● ENERGI POTENSIAL
ELASTISITAS
● Adalah energi yang tersimpan
pada benda yang sedang
diregangkan (misalnya, pada karet
ketapel, dan busur panash)
● Atau ditekan (misalnya pada PER)
SEMAKIN JAUH PEREGANGAN
DAN PENEKANANNYA, MAKA
SEMAKIN BESAR ENERGINYA
● ENERGI POTENSIAL
GRAVITASI BUMI
● Yaitu energi yang dimiliki suatu
benda karena terletak di atas
permukaan bumi.
● SEMAKIN TINGGI LETAK
SUATU BENDA DI ATAS
PERMUKAAN BUMI, MAKA
SEMAKIN BESAR ENERGI
POTENSIAL GRAVITASINYA
ENERGI POTENSIAL

8. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
● Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi
Besar Energi Potensial
● MASSA BENDA
● PERCEPATAN GRAVITASI
BUMI
● KETINGGIAN BENDA
● RUMUS
𝑬𝑷=𝒎 .𝒈.𝒉
Ep = energi potensial (Joule)
m = massa benda (kg)
g = perccepatan gravitasui
bumi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)

9. Energi Kinetik adalah bentuk energi ketika suatu materi
berpindah atau bergerak.
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
MASSA BENDA
KECEPATAN BENDA
RUMUS “ Ek =
𝟏
𝟐
𝒎 𝑽𝟐
keterangan “
Ek = Energi Kinetik ( J )
m = massa benda (kg)
V = kecepatan benda (m/s)
Energi Kinetik
Pemain biliar menggerakkan tongkat billiar
untuk mendorong bola, air mengalir melalui
suatu bendungan akan menggerakkan turbin,
ketika kamu naik sepeda , kontraksi otot kaki
akan mendorong pedals sepeda
Contoh

10. CONTOH PENERAPAN
1. Sebuah bola yang memiliki massa 2 kg, terletak di atas alamri dengan ketinggian 3 m.
Berapakah energi potensial boal ? (percepatan gravitasi bumi = 10 m/s2)
2. Sebuah mobil bermassa 20.000 kg bergerak ke arah timur dengan kecepatan 20 m/s.
Berapakah energi kinetik bola tersebut ?
JAWAB :
1. DIK : m = 2 kg , h= 3 m , g= 10 m/s2
DIT : Ep ... ?
JWB : Ep = m x g x h = 2 kg x 10 m/s2 x 3 m = 60 Joule
2. DIK : m = 20.000 kg , v = 20 m/s
DIT : Ek .. ?
JWB : Ek = ½ x m x 𝒗𝟐
= ½ ( 20.000 x 𝟐𝟎𝟐
) =
𝟏
𝟐
𝟖𝟎𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎 = 𝟒𝟎𝟎𝟎. 𝟎𝟎 𝑱 = 𝟒𝟎𝟎 𝒌𝑱
Permukaan tanah
EP bernilai nol h= (0) , h>0 + , h<0 -

11. JAWABLAH SOAL DIBAWAH INI TULIS DI BUKU TUGAS
1. Seorang pemain bola menendang bola bermassa 200 gram dengan kecepatan 20
m/s, maka energi kinetik bola tersebut adalah .... ?
2. Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dengan kecepatan 12 m/s.
Tentukan besar energi kinetik sepeda tsb ?
3. Sebuah sepeda yang massanya 40 kg bergerak dg mengeluarkan energi kinetik
720 J. Tentukan kecepatan sepeda tsb !
4. Sebuah benda bergerak dengan kecepatan 8 m/s hingga memiliki energi kinetik
128 J. Tentukan besarnya massa benda tersebut !
5. Sebuah nangka berada pada ketinggian 6 m dari atas tanah. Jika energi potensial
benda tsb 8500 J dan percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, tentukan massa benda
tsb !
6. Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial
nya 2500 J , Tentukan massa benda tsb jika percepatan gravitasinya 9,8 m/s2 !
7. Tentukan perbandingan energi kinetik dan energi potensial benda pd saat itu, jika
massa benda 20 kg, ketinggian 50 m, percepatan gravitasi 10 m/s2.
8. Buah kelapa dengan massa 2 kg berada pd tangkainya setinggi 5 m di atas tanah,
sedangkan buah nangka bermassa 3 kg berada pada 4 m di atas tanah. Tentukan
perbandingan energi potensial yang dimiliki keduanya !

12. ENERGI MEKANIK
ENERGI MEKANIK
• Merupakan total energi potensial dan energi kinetik atau
JUMLAH ENERGI KINETIK DAN ENERGI POTENSIAL DALAM
SUATU BENDA YANG DIGUNAKAN UNTUK MELAKUKAN
USAHA.
• JADI energi dalam suatu benda karena gerakan , atau posisi,
atau keduanya.
• Contohnya : gerakan pada kegiatan service badminton. Mulai
dari pemain memukul bola (mengeluarkan energi kinetik), dan
shuttlecock terbang melambung (energi potensial) dan jatuh
ke lapangan lawan.

13. ENERGI MEKANIK
EM = EP+ EK
EM = 𝒎 . 𝒈. 𝒉 +
𝟏
𝟐
𝒎 𝑽𝟐
Ep = energi potensial (Joule)
m = massa benda (kg)
g = perccepatan gravitasui bumi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)
Ek = Energi Kinetik ( J )
V = kecepatan benda (m/s)

14. • Saat benda dilepas dari keadaan diam P ,
maka seluruh EM berbentuk EP jadi EP =
mgh , EK = 0
• SEMAKIN KE BAWAH EP berkurang EK
bertambah
• Jika gesekan udara diabaikan , sesaat
sebelum menumbuk tanah , seluruh EM
berbentuk EK maksimum, EP = 0.
• Untuk benda jatuh bebas (gesekan udara
diabaikan) EP berkurang, EK bertambah,
tapi EM selalu tetap di posisi manapun.
• Jadi EMp = Emq = Emr (HUKUM
KEKEKALAN ENERGI MEKANIK)

15. EM PADA BANDUL
SEDERHANA
HUKUM ENERGI KEKEKALAN MEKANIK BERLAKU
1. Terjadi perubahan EK ke EP (gerak Q ke P)
2. Atau kebalikan perubahan EP ke EK (gerak P ke
Q)
3. Tetapi EM selalu tetap di posisi manapun
(Emp = Emq = Emr)
4. Posisi terjauh P dan R  EP mak , EK = 0
5. Posisi Q (keseimbangan)  EK mak , EP = 0

16. BUNYI HUKUM KEKEKALAN ENERGY
“ Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan,
melainkan hanya berubah bentuk, dari bentuk satu ke
bentuk lainnya, tetapi energinya selalu tetap ”

17. Konverter Energi
Konverter energi adalah alat yang berperan dalam mengubah bentuk energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya .
Beberapa contoh perubahan energi beserta konverternya
• Energi mekanik dinamo / generator Energi listrik
motor
• Energi listrik setrika, ketel, rice cooker Energi kalor
termokopel
• Energi listrik pengeras suara Energi bunyi
mikrofon
• Energi kimia aki, batu baterai Energi listrik
aki yang disetrum

19. Contoh Soal EM
Apel dengan massa 300 gram jatuh dari poho pada ketinggian 10 meter.
Jika besar gravitasi (g) = 10 m/s2, hitunglah energi mekanik pada apel!
Dik : m = 300 gr = 0,3 kg
g = 10 m/s2
h = 10 m
Dit : EM apel ?
Jwb : benda jatuh dan tak diketahui kecepatannya, maka EK diasumsikan nol
Em = Ep + Ek
Em = Ep + 0
Em = m . g . h + ½ . M . V’2
Em = 0,3 . 10 . 10 + ½ . 0,3 . 0
Em = 30 Joule

20. Contoh soal EM
Sebuah buku bermassa 1 kg jatuh dari gedung. Ketika jatuh ke tanah, kecepatan buku tersebut
20 m/s.
Berapakah tinggi gedung tempat buku terjatuh jika nilai g= 10 m/s2 ?
DIK : m = 1 kg , v = 20 m/s2, g= 10 m/s2
DIT : h (ketinggian)?
Jwb : EM1 = EM2
Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2
m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22
Ep = maksimum
Ek1 = 0 (karena buku belum bergerak)
Ep2 = 0 (karena buku sudah berada di tanah dan tidak memiliki ketinggian)
Ek2 = maksimum
m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v22
1 x 10 x h = 1/2 x 1 x 202
10 x h = 200
h = 200/10
h = 20 meter

21. Contoh soal EM
Sebuah benda bermassa 1 kg dilempar secara vertikal ke atas dengan kecepatan awal
adalah 20 m/s. Apabila percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka ketinggian benda saat
energi potensialnya sama dengan tiga perempat energi kinetik maksimumnya adalah ... ?
DIK : m = 1 kg , v 1= 20 m/s2, g= 10 m/s2, Ep = ¾ . Ek maksimum
DIT : h (ketinggian) benda saat Ep = ¾ . Ek maks?
Jwb : benda bergerak ke atas (vertikal), maka Ek maks benda saat awal gerak kecepatan
Benda dilemparkan
Ek maks = Ek awal
Ek maks = ½ . m . 𝒗𝟏𝟐
Ek maks = ½ . 1 . (𝟐𝟎)𝟐
Ek maks = 200 Joule
Ketinggian benda bisa dihitung Ep = ¾ . Ek maks
m . g . h = ¾ (200)
1 . 10 . h = 150
10 h = 150
h = 15 m

22. TUGAS ENERGI MEKANIK
1. Seekor burung sedang melayang terbang pada ketinggian 15 m di atas tanah
dengan kecepatan konstan sebesar 10 m/s. Jika massa burung adalah 5 kg,
tentukan:
a) Energi kinetik burung
b) Energi potensial burung
c) Energi mekanik burung
2. Sebuah sepeda motor dengan massa 50 kg dikendarai oleh pengendara yang
bermassa 50 kg melaju dengan kecepatan 30 m/s. Maka energi kinetik dari
sepeda motor tersebut adalah…
3. Sebuah buku yang massanya 2 kg jatuh dari apartemen. Pada saat jatuh ke
tanah, kecepatan buku tersebut 30 m/s. Berapakah ketinggian apartemen
tempat buku jatuh tersebut? Jika nilai g = 10 m/s2.
4. Sebuah kelapa memiliki massa 800 gram jatuh dari pohonnya pada ketinggian
20 meter. Jika g =9,8 m/s2, berapakah energi mekanik pada buah kelapa
tersebut ?
5. Sebuah benda bermassa 12 kg bergerak jatuh sehingga pada ketinggian 6 m
di atas tanah kecepatannya 3 m/s, apabila g = 9,8 m/s2. Hitunglah energi
mekanik benda tersebut ?

23. INFO ILMUWAN

24. USAHA DAN ENERGI
USAHA/KERJA (WORK)
Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti jika sebuah benda berpindah tempat sejauh d karena
pengaruh F yang searah dengan perpindahannya (Gambar 2.1), maka usaha yang dilakukan sama
dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
W = F . d
W = usaha (joule)
F = gaya (N)
d = perpindahan (m)

25. USAHA DAN ENERGI
Jika gaya yang bekerja membuat sudut α terhadap perpindahannya (Gambar 7.1), usaha
yang dilakukan adalah hasil kali komponen gaya yang searah dengan perpindahan (Fcos α)
dikalikan dengan perpindahannya (d). Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
W = F cosα . d
dengan:
W = usaha (joule)
F = gaya (N)
d = perpindahan (m)
α = sudut antara gaya dan
perpindahan
Catatan: Usaha (work)
disimbolkan dengan huruf besar W.
Berat (weight) disimbolkan
dengan huruf kecil w.

26. USAHA DAN ENERGI
Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah
benda, maka usaha total yang diperoleh atau
dilepaskan benda tersebut sebesar: Jumlah usaha
yang dilakukan tiap gaya, atau usaha yang
dilakukan oleh gaya resultan.
𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑊1+ 𝑊2+ 𝑊3+⋯

27. CONTOH SOAL
Sebuah benda berada bidang datar, karena pengaruh
gaya 140 N benda mengalami perpindahan sejauh 5 m,
berapa usaha yang dilakukannya apabila:
a. Gaya mendatar ; b. Gaya membuat sudut 60 °
terhadap bidang horisontal
Penyelesaian:
a.W = F.d = 140 N x 5 m = 700 Joule
b.W = F cos α. d = 140 N x cos 60°x 5 m = 350 Joule

28. CONTOH SOAL
Sebuah benda berada bidang datar, karena pengaruh
gaya 100 N benda mengalami perpindahan sejauh 7 m,
berapa usaha yang dilakukannya apabila:
a. Gaya mendatar ; b. Gaya membuat sudut 30 °
terhadap bidang horisontal
Penyelesaian:
a.W = F.d = ........... Joule
b.W = F cos α. d = ............... Joule

29. DAYA DAN ENERGI
Seperti kecepatan dan percepatan, daya menyatakan seberapa cepat sesuatu terjadi –dalam kasus
ini, seberapa cepat usaha dilakukan.
Daya (P) didefinisikan sebagai laju usaha dilakukan atau besar usaha per satuan waktu, secara
matematis dirumuskan 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 watthp = Horse power;
DK = daya kuda; s
PK = Paarden Kracht
1 KWH adalah satuan energi yang setara dengan = 3,6 . 106
Watt.detik = 3,6 . 106
Joule.

30. CONTOH SOAL
Dalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 25 watt yang menyala selama 12 jam setiap
hari, 2 buah lampu 5 watt yang menyala 10 jam setiap hari, dan sebuah sterika listrik
250 watt yang digunakan 1 jam setiap hari. Jika harga per kWh Rp 1000,
-berapakah rekening yang harus dibayar selama sebulan?
Penyelesaian:
• Hitung energi yang dipakai selama 1 hari 4 lampu 25 W @12 jam= 4 x 25 x 12 =1200
Wh
• 2 lampu 5 W @ 10 jam = 2 x 5 x 10 = 100 Wh
• 1 lampu 250W @ 1jam= 1 x 250 x1 = 250 Wh
• Total energi yang dipakai selama sehari = 1200 + 100 + 250 Wh = 1550 Wh = 1,55
kWh
• Jumlah rekening listrik yang dibayar selama 1 bulan = 30 × 1,55 × Rp 1000 = Rp
46.500,-

31. CONTOH SOAL
Dalam sebuah rumah terdapat 3 lampu 35 watt yang menyala selama 6 jam setiap hari,
4 buah lampu 5 watt yang menyala 5 jam setiap hari, dan sebuah AC 840 watt yang
digunakan 2 jam setiap hari. Jika harga per kWh Rp 2500,
-berapakah rekening yang harus dibayar selama sebulan?
Penyelesaian:
• Hitung energi yang dipakai selama 1 hari 3 lampu 35 W @6 jam= ........ Wh
• 4 lampu 5 W @ 5 jam = ........ Wh
• 1 lampu 840W @ 2jam= ........ Wh
• Total energi yang dipakai selama sehari = ....... Wh = ... kWh
• Jumlah rekening listrik yang dibayar selama 1 bulan = 30 × .... × Rp 2500 = Rp .... ,-

32. Hubungan antara Usaha dengan EK dan EP
Hubungan Usaha dengan Energi Kinetik (EK)
Teorema Usaha - Energi Kinetik:“Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan yang bekerja
pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda itu, yaitu
energi kinetik akhir dikurangi energi kinetik awal”

33. Hubungan Usaha dengan Energi Potensial (EP)
Usaha pada saat memindahkan suatu benda pada suatu ketinggian
secara vertikal atau pada suatu pegas sama dengan perubahan energi
potensial atau energi potensial akhir dikurangi energi potensial awal.
𝑊 = ∆𝐸𝑝 = 𝐸𝑝2 − 𝐸𝑝1 = 𝑚𝑔ℎ2 − 𝑚𝑔ℎ1

34. Tugas
Latihan
Soal
1. Sebuah kotak 4 kg dinaikkan dari keadaan diam sejauh 3 m oleh gaya luar ke
atas sebesar 60 N. Carilah : (a) kerja yang dilakukan oleh gaya luar tersebut.
(b) kerja yang dilakukan oleh gravitasi. (Gaya gravitasi berlawanan dengan
arah gerak (θ = 180o), sehingga kerja yang dilakukan oleh gaya gravitasi
adalah negatif , percepatan gravitasi 10 m/s. No b menggunakan rumus Wg =
F. Cos ∅ . 𝑑 = m . g . Cos ∅ . 𝑑
2. Sebuah balok bermassa 30 kg ditarik oleh gaya 60 N yang membentuk sudut
α = 60° terhadap horisontal. Pada saat balok dapat bergeser mendatar sejauh
3 m, tentukan usaha yang dilakukan gaya tersebut!
3. Suatu mesin melakukan usaha sebesar 3600 J setiap selang waktu 1 jam.
Mesin tersebut memiliki daya sebesar .....
4. Benda bermassa 5 kg dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal 10
m/s. Besarnya energi potensial di titik tertinggi yang dicapai benda adalah (g
= 10 m/s2) ket: gambar ada di samping soal
5. Workshop menggunakan peralatan listrik yang terdiri 3 lampu masing-masing
20 W, 3 lampu masing-masing 40 W yang semuanya digunakan 12 jam per hari.
Satu pompa air 250 W digunakan 4 jam sehari dan mesin bor 300 W
digunakan 2 jam sehari. Apabila tarif listrik Rp600,00/kWh, rekening listrik
yang harus dibayar selama 1 bulan (30 hari) adalah .....