Bab ini membahas tentang energi dan perubahannya. Terdapat berbagai bentuk energi seperti energi kimia, listrik, panas, dan mekanik. Energi merupakan kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain sesuai hukum kekekalan energi.

1. Bab
10
Sumber: lh6.ggpht.com
Energi 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 Energi
Tuhan tidak akan ada kehidupan. Matahari, angin, sungai, B. Bentuk-Bentuk Energi
dan bahkan alam ini tidak akan ada. Energi terdapat di
mana-mana dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk C. Perubahan Bentuk-
Bentuk Energi
lain. Energilah yang melatarbelakangi setiap kejadian. Jadi,
apakah energi itu? D. Hukum Kekekalan
Semua makhluk hidup membutuhkan energi untuk Energi
kelangsungan hidup mereka. Tumbuhan dan hewan E. Usaha
memperoleh energi dari alam untuk pertumbuhan dan
F. Hubungan antara
kelestariannya. Manusia memanfaatkan energi yang berasal
Usaha dan Energi
dari otot mereka untuk kegiatan sehari-hari seperti berjalan
dan berlari. Manusia telah mengembangkan berbagai cara G. Pesawat Sederhana
pemanfaatan energi yang tersedia untuk meningkatkan
kualitas hidup mereka.
181

2. Diagram Alur
Untuk 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
Energi
182 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

3. Tes Materi Awal
Pikirkan jawaban pertanyaan berikut sebelum kamu membaca uraian materi bab ini. Kemudian, periksa
kembali jawabanmu setelah kamu selesai membaca uraian bab ini. Apakah ada yang harus diperbaiki dengan jawaban
tersebut?
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 pesawat
2. Ada dua sumber energi, yaitu sumber energi sederhana?
yang dapat diperbarui dan sumber energi yang
A. Pengertian Energi
Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat
besar untuk menjalankan kegiatannya sehari-hari, baik
untuk kegiatan jasmani maupun kegiatan 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
di sekolah dan untuk menjaga kesehatanmu.
Gambar 10.1
Kegiatan sehari-hari yang
memerlukan energi.
Ketika kamu sakit dan nafsu makanmu hilang, tubuhmu
akan lemas karena energi dalam tubuhmu berkurang. Jika
demikian, kegiatan rutin sehari-harimu akan terganggu
bahkan kegiatan ibadahmu pun akan terganggu. Menurutmu,
apakah energi itu? Untuk mengetahuinya, diskusikanlah
pertanyaan-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. 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 minyak
184 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

5. bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat
untuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun
kegiatan memasak.
2. Energi Listrik
Energi listrik merupakan salah satu bentuk 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
Sumber: www.wvic.com
energi 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 dapat
membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup
dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil
perubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energi
gerak, dan energi kimia. Energi panas dimanfaatkan untuk
membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika
pakaian, memasak, dan mendidihkan air.
4. Energi Mekanik
Ketika kamu memerhatikan sebuah mangga yang
bergantung di pohonnya, mungkin kamu mengharapkan buah
mangga tersebut jatuh dari pohonnya. Mengapa buah mangga
itu dapat jatuh dari pohonnya? Untuk melakukan kerja supaya
dapat jatuh dari pohonnya, buah mangga harus memiliki energi.
Energi apakah itu? Ketika buah mangga jatuh, dia bergerak ke
bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah yang terkandung
ketika buah mangga bergerak jatuh?
Dari peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi Gambar 10.4
yang saling memengaruhi, yaitu energi yang diakibatkan oleh Buah mangga yang bergantung
ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi akibat di pohon memiliki energi
perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, potensial. Ketika jatuh, energi
tersebut berubah menjadi
sedangkan energi gerak disebut energi kinetik (energi gerak). energi kinetik.
Energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi
potensial dan energi kinetik. Secara matematis persamaan
energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut.
Energi dan Perubahannya 185

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. 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.
Pertanyaan
1. 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 10.5
3. Apabila kelereng itu dijatuhkan semakin tinggi, apakah yang Sebuah kelereng dijatuhkan di
terjadi pada besar energi potensialnya? atas plastisin pada ketinggian
4. 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 bahwa
besarnya energi potensial gravitasi sebanding dengan
ketinggian (h) dan massa benda (m).
Ep h dan Ep m (10–2) Ilmuwan IPA
Selain kedua besaran itu, energi potensial gravitasi
dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) sehingga dapat
dibuat 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, seorang
Sebuah 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 percobaan
potensial yang dimiliki buku pada ketinggian tersebut? dengan benda yang jatuh
Penyelesaian: dan menggelinding menuruni
Diketahui: m = 0,5 kg tempat yang terjal.Walaupun
mungkin ia belum memahami
h = 2m
apapun tentang energi,
g = 10 m/s2
tampaknya ia merasakan
Ditanyakan: Ep adanya gagasan mengenai
Jawab: energi potensial.
Ep = mgh Sumber: antwrp.gsfc.nasa;
Ep = (0,5 kg)(2 m)(10 m/s2) en.wikipedia.org
Ep = 10 joule
Jadi, energi potensial yang dimiliki buku tersebut sebesar 10 joule.
Energi dan Perubahannya 187

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,1997
188 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

9. Contoh Soal 10.2
Sebuah kelereng yang massanya 10 g mula-mula diam, kemudian
bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Berapakah energi kinetik yang
dimiliki kelereng yang sedang bergerak?
Penyelesaian:
Diketahui: m = 10 g = 0,01 kg
v = 5 m/s
Ditanyakan: Ek
Jawab:
1 2
Ek mv
2
1
E k = (0 , 01kg )(5 m/s)2
2
Ek = 0,125 joule
Jadi, energi kinetik yang dimiliki kelereng sebesar 0,125 joule.
Soal Penguasaan Materi 10.2
Kerjakanlah di buku latihanmu.
1. Tuliskan bentuk-bentuk energi yang kamu 3. Seorang anak melepaskan bola bermassa
ketahui. 20 g dari jendela. Berapakah ketinggian
2. 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 dapat
dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke
bentuk yang lain. Pada umumnya, manfaat energi akan terlihat
setelah berubah bentuk menjadi energi yang lain. Misalnya,
energi listrik akan bermanfaat ketika berubah bentuk menjadi
energi cahaya atau panas. Untuk memahami perubahan bentuk
energi ini, lakukanlah kegiatan Ayo Coba 10.2 berikut.
Energi dan Perubahannya 189

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. antara lain energi kimia, energi listrik, energi cahaya, dan energi
panas. Ketika kedua telapak tanganmu digosok-gosokkan,
lama-kelamaan telapak tanganmu akan terasa panas. Hal ini
menunjukkan bahwa pada telapak tanganmu telah terjadi
perubahan energi dari energi gerak menjadi energi panas.
Soal Penguasaan Materi 10.3
Kerjakanlah 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. Perubahan
2. 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 untuk
melakukan kegiatan sehari-hari? Berubah menjadi energi
apakah yang telah kamu gunakan tersebut? Apakah manusia
dapat membuat mesin yang dapat melakukan kerja terus- Ep = maksimum
menerus tanpa menggunakan bahan bakar? Pertanyaan- Ek = 0
pertanyaan tersebut merupakan beberapa pertanyaan yang
berhubungan dengan energi yang mungkin sering kamu
tanyakan pada dirimu sendiri.
Coba kamu lemparkan sebuah bola vertikal ke atas dan
amati sampai jatuh lagi ke lantai, seperti pada Gambar 10.8.
Ketika bola bergerak ke atas, kecepatan bola semakin lama
semakin melambat dan ketinggian bola semakin besar. Pada
ketinggian tertentu, bola berhenti sesaat dan kembali lagi Ep = 0
ke bawah dengan kecepatan yang semakin besar. Peristiwa Ek = maksimum
tersebut menunjukkan bahwa energi gerak semakin lama
Gambar 10.8
semakin kecil sampai menjadi nol ketika berhenti sesaat pada
ketinggian tertentu. Ke manakah energi gerak tersebut? Bola dilempar vertikal.
Energi gerak (Ek) tersebut ternyata berubah menjadi
energi potensial gravitasi (Ep) sampai akhirnya mencapai
maksimum. Begitu pula sebaliknya, energi potensial gravitasi
semakin kecil ketika bola tersebut bergerak ke bawah. Adapun
energi geraknya semakin besar dan mencapai maksimum
ketika sampai di lantai, tetapi energi potensial gravitasinya
menjadi nol ketika sampai di lantai. Setelah diam di lantai,
semua energi mekanik benda habis. Tahukah kamu, kemana
perginya? Apakah yang dapat kamu simpulkan? Adakah
energi yang hilang?
Energi dan Perubahannya 191

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 tulis
192 Belajar IPA Membuka Cakrawala Al
l Alam S kit untuk K l VIII
Sekitar t k Kelas

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 diketahui
bahwa ketika benda didorong ada yang berpindah tempat dan
ada pula yang tetap di tempatnya. Ketika kamu mendorong atau
c
menarik suatu benda, berarti kamu telah memberikan gaya
pada benda tersebut. Oleh karena itu, usaha sangat dipengaruhi
oleh dorongan atau tarikan (gaya). Menurut informasi tersebut,
jika setelah didorong benda itu tidak berpindah, gayamu tidak
melakukan usaha. Dengan kata lain, usaha juga dipengaruhi
oleh perpindahan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa
Gambar 10.9
usaha dihasilkan oleh gaya yang dikerjakan pada suatu benda
sehingga benda itu berpindah tempat. Beberapa kegiatan yang
Bagaimanakah ketika kamu mendorong dinding berhubungan dengan usaha,
seperti
kelasmu? Apakah dinding berpindah tempat? Walaupun (a) mengangkat buku,
kamu telah sekuat tenaga mendorongnya, tetapi dinding (b) mendorong meja, dan
tetap ditempatnya. Oleh sebab itu, menurut Fisika gayamu (c) mendorong dinding.
dikatakan tidak melakukan usaha.
Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan
dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam
persamaan berikut.
W=Fs (10–5)
dengan: W = usaha (J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
Persamaan (10–5) berlaku untuk gaya yang arahnya sama
dengan 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, yaitu
joule. Dengan ketentuan bahwa 1 joule sama dengan besar usaha
yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.
Energi dan Perubahannya 193

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/s2
194 Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII

15. Ditanyakan W
Jawab:
W = mgh
W = (2 kg)(10 m/s2)(1 m)
W = 20 J
Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 20 joule.
Soal Penguasaan Materi 10.5
Kerjakanlah 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 kemampuan
melakukan usaha. Definisi tersebut menunjukkan bahwa usaha
memiliki kaitan yang erat dengan energi. Untuk dapat mengetahui
kaitan 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 sehingga
bergerak, berarti telah terjadi perubahan energi dari energi
yang dikeluarkan olehmu menjadi energi gerak.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukan
usaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahan
energi pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan pada
sebuah benda yang bergerak horisontal menyebabkan
perubahan energi kinetik. Dengan demikian, besarnya
usaha sama dengan perubahan energi kinetik benda. Secara
matematis ditulis sebagai berikut.
W = Δ Ek
W = Ek2 – Ek1 (10–8)
Energi dan Perubahannya 195

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