USAHA Kata usaha dalam kehidupan sehari-hari adalah berbagai aktivitas yang dilakukan manusia. Dalam Fisika, usaha memiliki definisi yang lebih khusus. Usaha di definisikan sebagai hasil kali komponen gaya searah perpindahan, dengan besar perpindahan, di nyatakan dengan :
W = F.s
Dengan : W = usaha (Nm = joule) F = gaya (N) S = perpindahan (m)
ENERGI Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi baru dapat dirasakan apabila energy tersebut telah berubah bentuk. Contohnya, energy kimia dalam bahan bakar berubah menjadi energy gerak untuk memutar roda. Energy listrik berubah menjadi energy cahaya lampu, menjadi energy kalor pada setrika, dan energy gerak pada bor, mesin cuci, kipas angin, dll
Energi Potensial
Suatu benda dapat menyimpan energi karena kedudukan atau posisi benda tersebut. Contohnya, suatu beban yang diangkat setinggi h akan memiliki energi potensial, sementara busur panah yang berada pada posisi normal (saat busur itu tidak diregangkan) tidak memiliki energi potensial. Dengan demikian, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.
Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan EP = mgh dengan: EP = energi potensial (joule), w = berat benda (newton) = mg, m = massa benda (kg), g = percepatan gravitasi bumi (m/s2), dan h = tinggi benda (m). Bentuk energi potensial yang kedua adalah energi potensial elastis. Energi potensial adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda. Jika pada saat Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F1, pegas itu bertambah panjang sebesar x1. Demikian pula, jika Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F2, pegas akan bertambah panjang sebesar x2. Begitu seterusnya. Dengan demikian, usaha total yang Anda berikan untuk meregangkan pegas adalah W = F1 x1 + F2 x2 + ... Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva F terhadap x sehingga dapat dituliskan W = 1/2 F x W = 1/2 (k x x) W = 1/2 k x2 Oleh karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi potensial pegas adalah sebagai berikut. EP = 1/2 k x2 Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan W = – EP
Energi kinetik Enegi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya. Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Contohnya, energi kinetik dimiliki oleh mobil yang sedang melaju, pesawat yang sedang terbang, dan anak yang sedang berlari. Benda bermassa m1 bergerak dengan kecepatan v1. Benda tersebut bergerak lurus berubah beraturan sehingga setelah menempuh jarak sebesar s, kecepatan benda berubah menjadi v2. Oleh karena itu, pada benda berlaku persamaan v2 = v1 + at dan s = v1t + 1/2 at2. Anda telah mengetahui bahwa percepatan yang timbul pada gerak lurus berubah beraturan berhubungan dengan gaya F yang bekerja padanya sehingga benda bergerak dengan percepatan a. Besar usaha yang dilakukan gaya sebesar F pada benda dapat dihitung dengan persamaan W = Fs = mas Oleh karena gerak benda adalah gerak lurus berubah beraturan, nilai a dan s pada dapat disubstitusikan dengan persamaan a dan s dari gerak lurus berubah beraturan, sehingga diperoleh Besaran 1/2 mv2 merupakan energi kinetik benda karena menyatakan kemampuan benda untuk melakukan usaha. Secara umum, persamaan energy kinetik dituliskan sebagai EK = dengan: EK = energi kinetik (joule), m = massa benda (kg), v = kecepatan benda (m/s).
Energi Mekanik energi mekanik dapat didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau disebut juga energi total. Besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap, sedangkan energi kinetik dan energi potensialnya dapat berubah-ubah. Penulisannya secara matematis adalah sebagai berikut.
EM = EP + EK
Besaran usaha menyatakan gaya yang menyebabkan perpindahan benda. Namun, besaran ini tidak memperhitungkan lama waktu gaya itu bekerja pada benda sehingga menyebabkan benda berpindah. Kadang-kadang usaha dilakukan sangat cepat dan di saat lain usaha dilakukan sangat lambat. Misalnya, Ani mendorong lemari untuk mmindahkannya dari pojok kamar ke sisi lain kamar yang berjarak 3 m. Dalam melakukan usahanya itu, Ani membutuhkan waktu 5 menit. Apabila lemari yang sama dipindahkan oleh Arif, ia membutuhkan waktu 3 menit. Ani dan Arif melakukan usaha yang sama, namun keduanya membutuhkan waktu yang berbeda. Besaran yang menyatakan besar usaha yang dilakukan per satuan waktu dinamakan daya. Dengan demikian, Anda dapat mengatakan bahwa Arif memiliki daya yang lebih besar daripada Ani. Daya didefinisikan sebagai kelajuan usaha atau usaha per satuan waktu.
Daya dituliskan secara matematis sebagai berikut.
P = dengan: W = usaha (joule), t = waktu (sekon), P = daya (J/s atau watt).
Contoh : 1. Sebuah benda yang beratnya 10 N berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50 cm. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut? Jawab Diketahui: W = 10 N, F = 20 N, dan s = 50 cm. W = F.s W = (20 N)(0,5 m) = 10 joule
2. Sebuah benda bermassa 2 kg, berada di ketinggian 2 m dari bidang acuan tertentu. Kemudian benda itu dipindahkan sehingga memiliki ketinggian 5 m dari acuan yang sama. Jika g = 10 m/s2, tentukan perubahan energi potensial benda! jawab
3. Sebuah benda bermassa 0,10 kg jatuh bebas vertikal dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda itu masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir sebelum berhenti, besar gaya rata-rata yang dilakukan pasir untuk menghambat benda adalah sekitar ....
Jawab = mg Δh Fs = mg Δh (F )(2 cm) = (0,10 kg)(10 m/s2) (2,02 m) F = 100,1 N~100 N
4. Sebuah mobil massanya 200 kg, berjalan dengan kecepatan 10 m/s2. tentukan energi kinetiknya! Jawab : Dik : m = 200 kg v = 10 m/s2 Dit : Ek . . . ? Jawab : Ek = ½ m v2 = ½ 200 . 102 = 20.000 Joule
5. Mula-mula sebuah benda dengan massa 2 kg berada dipermukaan tanah. Kemudian benda itu dipindahkan keatas meja yang memiliki ketinggian 1,25 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g=10 m/s2) Jawab Dik: m = 2 kg h2 = 1,25 m g = 10 m/s2 Dit: ∆Ep= .....? Penyelesaian∶ ∆Ep = m g (h2 – h1 ) = 2kg . 10 m/s2 (1,25 m – 0 m) = 25 Joule
6. Sebuah benda massa 5 kg, berada pada ketinggian 20 m. Jika gravitasi 9,8 m/kg tentukan energi potensial! Jawab : Dik: m = 5 kg g = 9,8 m/kg h = 20 m Dit: Ep . . . ? Penyelesaian : Ep = m. g. h = 5. 9,8 . 20 = 980 Joule
7. Sebuah mobil yang massanya 800kg bergerak dengan laju 72 km/jami. Berapa energi kinetiknya? Diket: m = 800kg v = 72 km/jam = 20 m/s Dit : Ek Jawab: Ek = ½.m.v2 = ½. 800kg. (20m/s)2 = 160000 J
8. Sebuah bola baseball 0,5 kg dilempar dengan kecepatan 8 m/s. Tentukan: a. Energi kinetik bola tersebut! b. Usaha yang harus dilakukan untuk mencapai kelajuan tersebut dari keadaan diam!
9. Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut adalah 2500 joule dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan massa benda tersebut! Jawab Dik : Ep = 2500 g = 10 m/s2 h = 5 m Dit: m … ??? Penyelesaian : Ep = m x g x h 2500 = m x 10 x 5 2500 = 50 m m = 2500 / 50 m = 5 kg
10. Seseorang memindahkan benda dengan gaya 20N sejauh 150 cm dalam waktu 2 detik. Berapa daya orang tersebut sewaktu memindahkan benda? Diket : F = 20N s = 150 cm = 1,5 m t = 2 s Dit : P?? Jawab: W = F. s = 20N. 1,5m = 30 J P = W : t = 30J : 2s = 15 J/s = 15 Watt
W = F.s
Dengan : W = usaha (Nm = joule) F = gaya (N) S = perpindahan (m)
ENERGI Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi baru dapat dirasakan apabila energy tersebut telah berubah bentuk. Contohnya, energy kimia dalam bahan bakar berubah menjadi energy gerak untuk memutar roda. Energy listrik berubah menjadi energy cahaya lampu, menjadi energy kalor pada setrika, dan energy gerak pada bor, mesin cuci, kipas angin, dll
Energi Potensial
Suatu benda dapat menyimpan energi karena kedudukan atau posisi benda tersebut. Contohnya, suatu beban yang diangkat setinggi h akan memiliki energi potensial, sementara busur panah yang berada pada posisi normal (saat busur itu tidak diregangkan) tidak memiliki energi potensial. Dengan demikian, energi potensial adalah energi yang tersimpan dalam suatu benda akibat kedudukan atau posisi benda tersebut dan suatu saat dapat dimunculkan.
Energi potensial terbagi atas dua, yaitu energi potensial gravitasi dan energi potensial elastis. Energi potensial gravitasi ini timbul akibat tarikan gaya gravitasi Bumi yang bekerja pada benda. Jika massa beban diperbesar, energi potensial gravitasinya juga akan membesar. Demikian juga, apabila ketinggian benda dari tanah diperbesar, energi potensial gravitasi beban tersebut akan semakin besar. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan EP = mgh dengan: EP = energi potensial (joule), w = berat benda (newton) = mg, m = massa benda (kg), g = percepatan gravitasi bumi (m/s2), dan h = tinggi benda (m). Bentuk energi potensial yang kedua adalah energi potensial elastis. Energi potensial adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis karena adanya gaya tekan dan gaya regang yang bekerja pada benda. Jika pada saat Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F1, pegas itu bertambah panjang sebesar x1. Demikian pula, jika Anda menarik pegas dengan gaya sebesar F2, pegas akan bertambah panjang sebesar x2. Begitu seterusnya. Dengan demikian, usaha total yang Anda berikan untuk meregangkan pegas adalah W = F1 x1 + F2 x2 + ... Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva F terhadap x sehingga dapat dituliskan W = 1/2 F x W = 1/2 (k x x) W = 1/2 k x2 Oleh karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi potensial pegas adalah sebagai berikut. EP = 1/2 k x2 Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yang dilakukan oleh gaya pegas. Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itu dituliskan dengan persamaan W = – EP
Energi kinetik Enegi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena gerakannya. Jadi, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Contohnya, energi kinetik dimiliki oleh mobil yang sedang melaju, pesawat yang sedang terbang, dan anak yang sedang berlari. Benda bermassa m1 bergerak dengan kecepatan v1. Benda tersebut bergerak lurus berubah beraturan sehingga setelah menempuh jarak sebesar s, kecepatan benda berubah menjadi v2. Oleh karena itu, pada benda berlaku persamaan v2 = v1 + at dan s = v1t + 1/2 at2. Anda telah mengetahui bahwa percepatan yang timbul pada gerak lurus berubah beraturan berhubungan dengan gaya F yang bekerja padanya sehingga benda bergerak dengan percepatan a. Besar usaha yang dilakukan gaya sebesar F pada benda dapat dihitung dengan persamaan W = Fs = mas Oleh karena gerak benda adalah gerak lurus berubah beraturan, nilai a dan s pada dapat disubstitusikan dengan persamaan a dan s dari gerak lurus berubah beraturan, sehingga diperoleh Besaran 1/2 mv2 merupakan energi kinetik benda karena menyatakan kemampuan benda untuk melakukan usaha. Secara umum, persamaan energy kinetik dituliskan sebagai EK = dengan: EK = energi kinetik (joule), m = massa benda (kg), v = kecepatan benda (m/s).
Energi Mekanik energi mekanik dapat didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau disebut juga energi total. Besarnya energi mekanik suatu benda selalu tetap, sedangkan energi kinetik dan energi potensialnya dapat berubah-ubah. Penulisannya secara matematis adalah sebagai berikut.
EM = EP + EK
Besaran usaha menyatakan gaya yang menyebabkan perpindahan benda. Namun, besaran ini tidak memperhitungkan lama waktu gaya itu bekerja pada benda sehingga menyebabkan benda berpindah. Kadang-kadang usaha dilakukan sangat cepat dan di saat lain usaha dilakukan sangat lambat. Misalnya, Ani mendorong lemari untuk mmindahkannya dari pojok kamar ke sisi lain kamar yang berjarak 3 m. Dalam melakukan usahanya itu, Ani membutuhkan waktu 5 menit. Apabila lemari yang sama dipindahkan oleh Arif, ia membutuhkan waktu 3 menit. Ani dan Arif melakukan usaha yang sama, namun keduanya membutuhkan waktu yang berbeda. Besaran yang menyatakan besar usaha yang dilakukan per satuan waktu dinamakan daya. Dengan demikian, Anda dapat mengatakan bahwa Arif memiliki daya yang lebih besar daripada Ani. Daya didefinisikan sebagai kelajuan usaha atau usaha per satuan waktu.
Daya dituliskan secara matematis sebagai berikut.
P = dengan: W = usaha (joule), t = waktu (sekon), P = daya (J/s atau watt).
Contoh : 1. Sebuah benda yang beratnya 10 N berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 20 N sehingga benda berpindah sejauh 50 cm. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut? Jawab Diketahui: W = 10 N, F = 20 N, dan s = 50 cm. W = F.s W = (20 N)(0,5 m) = 10 joule
2. Sebuah benda bermassa 2 kg, berada di ketinggian 2 m dari bidang acuan tertentu. Kemudian benda itu dipindahkan sehingga memiliki ketinggian 5 m dari acuan yang sama. Jika g = 10 m/s2, tentukan perubahan energi potensial benda! jawab
3. Sebuah benda bermassa 0,10 kg jatuh bebas vertikal dari ketinggian 2 m ke hamparan pasir. Jika benda itu masuk sedalam 2 cm ke dalam pasir sebelum berhenti, besar gaya rata-rata yang dilakukan pasir untuk menghambat benda adalah sekitar ....
Jawab = mg Δh Fs = mg Δh (F )(2 cm) = (0,10 kg)(10 m/s2) (2,02 m) F = 100,1 N~100 N
4. Sebuah mobil massanya 200 kg, berjalan dengan kecepatan 10 m/s2. tentukan energi kinetiknya! Jawab : Dik : m = 200 kg v = 10 m/s2 Dit : Ek . . . ? Jawab : Ek = ½ m v2 = ½ 200 . 102 = 20.000 Joule
5. Mula-mula sebuah benda dengan massa 2 kg berada dipermukaan tanah. Kemudian benda itu dipindahkan keatas meja yang memiliki ketinggian 1,25 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g=10 m/s2) Jawab Dik: m = 2 kg h2 = 1,25 m g = 10 m/s2 Dit: ∆Ep= .....? Penyelesaian∶ ∆Ep = m g (h2 – h1 ) = 2kg . 10 m/s2 (1,25 m – 0 m) = 25 Joule
6. Sebuah benda massa 5 kg, berada pada ketinggian 20 m. Jika gravitasi 9,8 m/kg tentukan energi potensial! Jawab : Dik: m = 5 kg g = 9,8 m/kg h = 20 m Dit: Ep . . . ? Penyelesaian : Ep = m. g. h = 5. 9,8 . 20 = 980 Joule
7. Sebuah mobil yang massanya 800kg bergerak dengan laju 72 km/jami. Berapa energi kinetiknya? Diket: m = 800kg v = 72 km/jam = 20 m/s Dit : Ek Jawab: Ek = ½.m.v2 = ½. 800kg. (20m/s)2 = 160000 J
8. Sebuah bola baseball 0,5 kg dilempar dengan kecepatan 8 m/s. Tentukan: a. Energi kinetik bola tersebut! b. Usaha yang harus dilakukan untuk mencapai kelajuan tersebut dari keadaan diam!
9. Sebuah benda berada pada ketinggian 5 m dari atas tanah. Jika energi potensial benda tersebut adalah 2500 joule dan percepatan gravitasi bumi adalah 10 m/s2, tentukan massa benda tersebut! Jawab Dik : Ep = 2500 g = 10 m/s2 h = 5 m Dit: m … ??? Penyelesaian : Ep = m x g x h 2500 = m x 10 x 5 2500 = 50 m m = 2500 / 50 m = 5 kg
10. Seseorang memindahkan benda dengan gaya 20N sejauh 150 cm dalam waktu 2 detik. Berapa daya orang tersebut sewaktu memindahkan benda? Diket : F = 20N s = 150 cm = 1,5 m t = 2 s Dit : P?? Jawab: W = F. s = 20N. 1,5m = 30 J P = W : t = 30J : 2s = 15 J/s = 15 Watt
Tidak ada komentar:
Posting Komentar