Download as PDF, PPTX
Uploaded by1000 guru
Fisika kelas X: Usaha dan Energi
Dokumen tersebut membahas konsep usaha dan energi dalam fisika, termasuk definisi usaha dan energi kinetik serta potensial gravitasi, serta hubungan antara usaha dan perubahan energi berdasarkan hukum konservasi energi mekanik."
More Related Content
Similar to Fisika kelas X: Usaha dan Energi
Fisika kelas X: Usaha dan Energi
- 1. Fisika Kelas X1000guru.net1Fisika Kelas X1000guru.net 1 Usaha dan Energi • Konsep Usaha/Kerja dan Daya dalam Fisika • Hubungan Usaha dan Energi • Hukum Konservasi Energi
- 2. Fisika Kelas X1000guru.net2Fisika Kelas X1000guru.net 2 Usaha dan Energi dalam Fisika Usaha/kerja di dalam fisika bukanlah usaha yang terkait dengan “mencari nafkah” Usaha dalam fisika terkait dengan perubahan energi
- 3. Fisika Kelas X1000guru.net3Fisika Kelas X1000guru.net 3 Definisi Usaha (oleh gaya konstan) 𝐹 𝑑 Usaha adalah perkalian dari gaya konstan yang sejajar dengan arah perpindahan benda. 𝑊 = 𝐹. 𝑑W : work d : distance 𝐹 𝛼 𝐹cos𝛼 𝑊 = 𝐹cos𝛼 . 𝑑
- 4. Fisika Kelas X1000guru.net4Fisika Kelas X1000guru.net 4 Definisi Usaha • Satuan Usaha: Sistem Internasional (SI) atau MKS: Joule Sistem CGS: erg 1 joule = 107 erg • Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka total usaha yang dilakukan pada benda tersebut adalah jumlah dari usaha yang dilakukan setiap gaya. 𝐹1 𝐹2 𝐹3 𝑑 𝑊 = 𝐹1cos 𝛼 . 𝑑 + 𝐹2 cos 𝛽 . 𝑑 + 𝐹3 cos 𝛾 . 𝑑
- 5. Fisika Kelas X1000guru.net5Fisika Kelas X1000guru.net 5 Contoh Soal #1: Sebuah balok berada bidang datar. Karena pengaruh gaya 140 N, balok tersebut mengalami perpindahan mendatar sejauh 5 m, berapa usaha yang dilakukan pada balok ini apabila: (a) Gaya mendatar (b) Gaya membentuk sudut 60o terhadap bidang datar Jawab: (a) 𝑊 = 𝐹 . 𝑑 = 140 N × 5 m = 700 joule (b) 𝑊 = 𝐹 cos 𝛼 . 𝑑 = 140 cos 60∘ × 5 = 140. 1 2 × 5 = 350 joule
- 6. Fisika Kelas X1000guru.net6Fisika Kelas X1000guru.net 6 Contoh Soal #2: Gaya sebesar 40 N bekerja pada sebuah benda dan menyebabkan benda berpindah tempat sejauh 80 cm pada bidang datar. Jika usaha yang dilakukannya adalah 25,6 joule, berapakah sudut yang dibentuk gaya terhadap bidang? Jawab: 𝑊 = 𝐹 cos 𝛼 . 𝑑 cos 𝛼 = 𝑊 𝐹. 𝑑 = 25,6 joule 40 N × 0,8 m Gunakan satuan SI = 25,6 32 = 0,8 𝛼 = 37∘ 5 4 3 37o cos 37∘ = 4 5 = 0,8
- 7. Fisika Kelas X1000guru.net7Fisika Kelas X1000guru.net 7 Usaha dan Daya Daya adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu. 𝑃 = 𝑊 𝑡 P : power t : time Satuan: Daya watt Usaha joule Waktu sekon Selain watt, ada beberapa satuan non-SI yang sering digunakan untuk menyatakan daya 1 hp = 1 DK = 1 PK = 746 watt (hp = horse power, DK = daya kuda, PK = paarden kracht) Ada juga satuan usaha non-SI selain erg, yaitu kwh. 1 kwh = 1 kilowatt hour = 1000 watt . 3600 sekon = 3,6 x 106 joule
- 8. Fisika Kelas X1000guru.net8Fisika Kelas X1000guru.net 8 Contoh Soal #3: Sebuah mesin pengangkat barang dapat mengangkat balok yang massanya 3 ton setinggi 10 meter dalam waktu 20 detik. Berapa daya mesin tersebut jika percepatan gravitasi 10 m/s2? Jawab: Usaha yang dilakukan di sini terkait perpindahan ke arah vertikal untuk melawan gaya berat. Untuk menghitung daya, kita hitung dulu usaha ini. 𝑑F = m . g 𝑊 = 𝐹. 𝑑 = 𝑚𝑔𝑑 = 3000 kg . 10 m/s2. 10 m = 300.000 joule Daya:
- 9. Fisika Kelas X1000guru.net9Fisika Kelas X1000guru.net 9 Definisi Energi • Suatu sistem dikatakan mempunyai energi jika sistem tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha. • Besarnya energi suatu sistem sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh sistem tersebut. Satuan energi sama dengan satuan usaha (joule) • Prinsip usaha-energi Usaha adalah transfer energi yang dilakukan oleh gaya-gaya yang bekerja pada benda). • Beberapa macam energi: energi mekanik (kinetik + potensial), energi panas, energi listrik, nuklir, dll…
- 10. Fisika Kelas X1000guru.net10Fisika Kelas X1000guru.net 10 Energi kinetik Energi kinetik: energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu. 𝑎 = 𝑣2 − 𝑣1 𝑡 𝑑 = 𝑣. 𝑡 = 𝑣1 + 𝑣2 2 . 𝑡 𝑣1 Dari pelajaran kinematika, kita bisa hitung percepatan dan perpindahan: Lalu, bagaimana merumuskan energi kinetiknya? posisi mula-mula 𝑑 𝑣2posisi akhir
- 11. Fisika Kelas X1000guru.net11Fisika Kelas X1000guru.net 11 Energi kinetik 𝑎 = 𝑣2 − 𝑣1 𝑡 𝑑 = 𝑣. 𝑡 = 𝑣1 + 𝑣2 2 . 𝑡 𝑣1 𝑑 𝑣2 Modifikasi rumus 𝑑: 𝑑 = 𝑣1 + 𝑣2 2 . 𝑣2 − 𝑣1 𝑎 Modifikasi rumus 𝑎 untuk dapatkan 𝑡: 𝑡 = 𝑣2 − 𝑣1 𝑎 posisi mula-mula posisi akhir
- 12. Fisika Kelas X1000guru.net12Fisika Kelas X1000guru.net 12 Energi kinetik 𝑣1 𝑑 𝑣2 𝑑 = 𝑣1 + 𝑣2 2 . 𝑣2 − 𝑣1 𝑎 = (𝑣2)2 − (𝑣1)2 2𝑎 2𝑎. 𝑑 = 𝑣2 2 − 𝑣1 2 𝐹. 𝑑 = 𝑚 2 (𝑣2 2 − 𝑣1 2 ) → 2 𝐹 𝑚 . 𝑑 = 𝑣2 2 − 𝑣1 2 𝑊 = 1 2 𝑚𝑣2 2 − 1 2 𝑚𝑣1 2 posisi mula-mula posisi akhir
- 13. Fisika Kelas X1000guru.net13Fisika Kelas X1000guru.net 13 Energi kinetik 𝑣1 𝑣2 𝑊 = 1 2 𝑚𝑣2 2 − 1 2 𝑚𝑣1 2 𝐸𝐾 = 1 2 𝑚𝑣2 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 Energi kinetik: energi yang dimiliki oleh setiap benda bermassa yang bergerak dengan kecepatan tertentu. posisi mula-mula posisi akhir 𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 Transfer usaha energi kinetik
- 14. Fisika Kelas X1000guru.net14Fisika Kelas X1000guru.net 14 Contoh Soal #4: Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s jika massa benda 1000 kg? Berapa usaha konstan yang perlu diberikan pada benda tersebut agar dapat berhenti? Jawab: 𝐸𝐾 = 1 2 𝑚𝑣2 = 1 2 (1000)(202 ) = 500 × 400 = 𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐣𝐨𝐮𝐥𝐞 𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 Usaha: (akhir) (mula-mula) Keadaan akhir: berhenti 𝑣2 = 0 𝐸𝐾2 = 0 joule Keadaan mula-mula: bergerak 𝑣1 = 20 m/s 𝐸𝐾1 = 200.000 joule = 0 − 200.000 = −𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐣𝐨𝐮𝐥𝐞 (usaha oleh gesekan bernilai negatif)
- 15. Fisika Kelas X1000guru.net15Fisika Kelas X1000guru.net 15 Sebuah benda dengan massa sebesar M bergerak di atas lantai kasar dengan kecepatan mula-mula sebesar 10 m/s. Jika besarnya koefisien gesekan 0,25, hitunglah jarak yang ditempuh benda hingga ia berhenti dengan asumsikan percepatan gravitasi g = 10 m/s2. Contoh Soal #5: Jawab: 𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 Usaha: (akhir) (mula-mula) Keadaan akhir: berhenti 𝑣2 = 0 𝐸𝐾2 = 0 Keadaan mula-mula: bergerak 𝑣1 = 10 m/s 𝐸𝐾1 = 1 2 𝑚𝑣1 2 = 1 2 𝑀 × 102 = 50𝑀 = 0 − 50𝑀 = −𝟓𝟎𝑴 • Hitung dulu usaha W = EK2 – EK1 • Dari rumus W = F.d bisa diperoleh jarak • F di kasus ini adalah gaya gesek: F = µ . N = µ . M g 𝑊 = 𝐹. 𝑑 = −𝜇. 𝑀𝑔 . 𝑑 = −0,25𝑀. 10 . 𝑑 = −𝟐, 𝟓 𝑴. 𝒅 ⇒ −50 𝑀 = −2,5 𝑀𝑑 ⇒ 𝒅 = 𝟓𝟎 𝟐, 𝟓 = 𝟐𝟎 𝐦𝐞𝐭𝐞𝐫
- 16. Fisika Kelas X1000guru.net16Fisika Kelas X1000guru.net 16 Energi potensial gravitasi Energi potensial gravitasi: energi yang dimiliki suatu benda karena ketinggiannya di atas permukaan bumi . ℎ1 F = m . g ℎ2 ketinggian mula-mula ketinggian akhir 𝑑 Usaha yang dilakukan di sini terkait dengan gaya gravitasi (gaya berat) 𝑊 = 𝐹. 𝑑 = 𝑚𝑔. 𝑑 = 𝑚𝑔(ℎ1 − ℎ2) = 𝑚𝑔ℎ1 − 𝑚𝑔ℎ2 𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔ℎ
- 17. Fisika Kelas X1000guru.net17Fisika Kelas X1000guru.net 17 Sebuah tangki penampung air terletak pada ketinggian 8 m. Jika massa tanki beserta isinya 1200 kg, berapakah besarnya energi potensial tangki tersebut? Selanjutnya, jika kita ingin menyedot air dari tangki tersebut ke ketinggian 12 m selama 1 menit, berapa daya listrik yang diperlukan? (Asumsikan percepatan gravitasi 10 m/s2) Contoh Soal #6: Jawab: 𝐸𝑃 = 𝑚𝑔ℎ = 1200 kg × 10 m s2 × 8 m = 96.000 jouleSelanjutnya, daya bisa dihitung jika diketahui usaha: 𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2 𝐸𝑃1 awal = 96.000 joule 𝐸𝑃2 akhir = 𝑚𝑔ℎ2 = 1200 × 10 × 12 = 144.000 joule 𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2 = 96.000 − 144.000 = −48.000 joule 𝑃 = 𝑊 𝑡 = 48.000 joule 60 sekon Daya: = 𝟖𝟎𝟎 𝐰𝐚𝐭𝐭
- 18. Fisika Kelas X1000guru.net18Fisika Kelas X1000guru.net 18 Konservasi Energi Mekanik Energi mekanik: kombinasi energi kinetik & energi potensial. ℎ1 F = m . g ℎ2 ketinggian mula-mula ketinggian akhir 𝑣1 𝑣2 F = m . g 𝑊 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2𝑊 = 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 𝐸𝐾2 − 𝐸𝐾1 = 𝐸𝑃1 − 𝐸𝑃2 𝐸𝐾2 + 𝐸𝑃2 = 𝐸𝐾1 + 𝐸𝑃1 𝐸𝑀2 = 𝐸𝑀1 𝐸𝑀 = 𝐸𝐾 + 𝐸𝑃 Energi mekanik akhir sama seperti Energi mekanik awal
- 19. Fisika Kelas X1000guru.net19Fisika Kelas X1000guru.net 19 Sebuah bandul didorong hingga mencapai ketinggian 1,8 m kemudian dilepaskan hingga bergerak dengan kecepatan v seperti pada gambar di bawah. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, maka berapakah besar kecepatan v? Contoh Soal #7: 𝑣 Jawab: 𝐸𝐾2 + 𝐸𝑃2 = 𝐸𝐾1 + 𝐸𝑃1 Gunakan prinsip konservasi EM Posisi 2 Posisi 1 ℎ2 ℎ1 1,8 m 1 2 𝑚𝑣2 + 𝑚𝑔ℎ2 = 0 + 𝑚𝑔ℎ1 1 2 𝑣2 + 𝑔ℎ2 = 𝑔ℎ1 1 2 𝑣2 = 𝑔(ℎ1−ℎ2) 𝑣2 = 2𝑔(ℎ1−ℎ2) → 𝑣 = 2𝑔(ℎ1 − ℎ2) 𝑣 = 2 × 10 × 1,8 = 36 = 𝟔 𝐦/𝐬