Usaha
dan Energi
A.
USAHA
Usaha adalah hasil kali besar gaya
yang searah perpindahan dengan perpindahan. Secara matematis usaha dapat
dirumuskan sebagai berikut:
W
= F . s
Keterangan:
W = Usaha (joule)
F = Gaya searah perpindahan (N)
s = Perpindahan (m)
Jika suatu gaya F menyebabkan
perpindahan sejauh , maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu
W = F cos a
.
F
F cos a
W = usaha ; F = gaya ; = perpindahan
, a = sudut antara gaya dan perpindahan
Jika ada beberapa gaya yang bekerja
pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut
sebesar :
jumlah usaha yang dilakukan tiap
gaya, atau Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.
D A Y A
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan
tiap satuan waktu.
P =
Keterangan:
P = Daya (W)
W = Usaha (joule)
t = Selang waktu (s)
Contoh soal:
Seorang pelari dapat menempuh jarak
900 m dalam waktu 7,5 menit. Jika gaya rata-rata yang dihasilkan 100 N,
tentukan besarnya daya rata-rata yang diarahkan!
Penyelesaian:
W = F . s
= 100 . 900
= 90.000
P
= = = 200 J/s
Energi adalah kemampuan untuk
melakukan usaha (kerja). Setiap benda dapat melakukan usaha jika benda itu
memiliki energi.
B.1. Macam-Macam Energi
- Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang
dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya, dirumuskan dengan:
Ep = m . g . h
Jika suatu benda mengalami perubahan
kedudukan h1 menuju h2, maka besarnya energi potensial, dirumuskan dengan:
∆Ep = Ep2 – Ep1 = mg (h2 – h1)
Energi potensial benda dapat
bernilai negatif jika benda berada di bawah titik acuan, sehingga:
Ep = m g (-h) = - m g h
- Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang
dimiliki oleh suatu benda karena geraknya, dirumuskan dengan:
Ek = ½ mv2
Teorema usaha-energi menyatakan
bahwa usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda
sama dengan perubahan energi kinetic benda itu, dirumuskan dengan:
W = Ek2 – Ek1 = ∆Ek
- Energi Mekanik
Energi mekanik merupakan gabungan
energi potensial dan energi kinetic.
Berdasarkan hukum kekekalan energi
mekanik maka:
EmA
= EmB
EkA
+ EpB = EkB + EpB
½
mvA2 + m g hA = ½ mvB2 + mghB
B.2. Hubungan Antara Usaha dan Energi
Jika
suatu gaya dilakukan pada benda bergerak, sehingga menimbulkan terjadinya
perubahan kecepatan benda tersebut, maka besarnya usaha yang bekerja pada benda
akan memenuhi persamaan berikut.
W = Ek2 – Ek1
= ½ m v22 – ½ m v12
Contoh soal:
Sebuah benda dengan massa 5 kg
mengalami jatuh bebas dari posisi A di atas lantai seperti pada gambar. Jika g
= 10 m/, tentukan:
- Energi potensial di titik A
- Energi kinetik di titik B
- Energi mekanik di titik C
Pemecahan :
Diketahui: m = 5 kg
= 6 m
= 2 m
= 0
g = 10 m/
penyelesaian:
- E = mg
= 5.10.6
= 300 j
- E = E
E + E = E + E
- + EE + mg
300 = E + 5.10.2
300 = E + 100
E = 200j
- E = E = E = 300
B.3. Bentuk-Bentuk Energi
a) Energi Mekanik
Benda yang bergerak atau memiliki
kemampuan untuk bergerak, memiliki energi mekanik. Contohnya: Air terjun yang
berada di puncak tebing memiliki energi mekanik yang cukup besar, demikian juga
dengan angin.
b) Energi Bunyi
Energi bunyi adalah energi yang dihasilkan
oleh getaran partikel-partikel udara disekitar sebuah sumber bunyi. Contoh :
Ketika radio atau televisi beroperasi, pengeras suara secara nyata menggerakkan
udara didepannya. Caranya dengan menyebabkan partikel-partikel udara itu
bergetar. Energi dari getaran partikel-partikel udara ini sampai ditelinga,
sehingga kamu dapat mendengar.
c) Energi kalor
Energi kalor adalah energi yang
dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat. Contoh:
apabila kedua tanganmu digosok-gosokkan selam beberapa detik maka tanganmu akan
terasa panas. Umumnya energi kalor dihasilkan dari gesekan. Energi kalor
menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud.
d) Energi Cahaya
Energi Cahaya adalah energi yang
dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik
e) Energi Listrik
Energi Listrik adalah energi yang
dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel.
f) Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang
dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif. Ada dua jenis energi nuklir
yaitu energi nuklir fisi dan fusi. Energi nuklir fisi terjadi pada reaktor atom
PLTN. Ketika suatu inti berat (misal uranium) membelah (fisi), energi nuklir
cukup besar dibebaskan dalam bentuk energi kalor dan energi cahaya. Energi
nuklir juga dibebaskan ketika inti-inti ringan (misalnya hidrogen) bertumbukan
pada kelajuan tinggi dan bergabung (fusi). Energi matahari dihasilkan dari
suatu reaksi niklir fusi dimana inti-inti hidrogen bergabung membentuk inti
helium.
FISIKA ; usaha & energi
4/
5
Oleh
Gunawan
