KERJA (USAHA) DAN ENERGI AGUS KURNIAWAN

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "KERJA (USAHA) DAN ENERGI AGUS KURNIAWAN"

Yandi Tedjo
5 tahun lalu
Tontonan:

1 KERJA (USAHA) DAN ENERGI AGUS KURNIAWAN

2 PENDAHULUAN USAHA/KERJA Gaya dan perpindahan KONSEP MEKANINKA ENERGI KINETIK POTENSIAL Gerak, listrik, magnet, cahaya, kimia, nuklir, radiasi, termal, kosmik dan lain-lain

3 USAHA/KERJA

4 USAHA/KERJA Dalam kehidupan sehari-hari, usaha diartikan sebagai segala sesuatu yang dikerjakan manusia. Sedangkan dalam FISIKA, Usaha atau Kerja adalah sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berpindah Usaha yang dilakukan oleh gaya terhadap benda dapat didefinisikan perkalian skala besar gaya F dengan jarak perpindahan yang ditempuh benda s.

5 USAHA/KERJA Usaha yang dilakukan: Berbanding lurus dengan besarnya gaya; Berbanding lurus dengan perpindahan benda; Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda Hubungan arah gaya dan perpindahan: 1. Jika = 0, arah gaya berimpit dengan arah perpindahan, W = F. S 2. Jika = 90, arah gaya tegak lurus dengan arah perpindahan, cos 90 = 0, dikatakan gaya tidak melakukan usaha 3. Jika s = 0, berarti gaya tidak menyebabkan benda berpindah, maka usaha yang dilakukan nol. Misal anda mendorong tembok, tembok tidak bergerak maka dalam hal ini anda tidak melakukan usaha.

Usaha oleh Gaya yang Searah dengan Perpindahannya Pada Gambar terlihat seseorang sedang menarik kotak dengan gaya konstan F yang menyebabkan kotak

6 Usaha oleh Gaya yang Searah dengan Perpindahannya Pada Gambar terlihat seseorang sedang menarik kotak dengan gaya konstan F yang menyebabkan kotak berpindah sejauh s. Secara matematis, usaha yang dilakukan orang tersebut adalah : W = F. s F = gaya (N) s = perpindahan (m) W = usaha (N.m = joule)

7 Usaha oleh Gaya yang Membentuk Sudut terhadap Perpindahan F sin F F cos Besarnya usaha W = (F cos ). s s

8 Satuan Dari Usaha /Kerja

9 Contoh 1: Untuk menarik sebuah koper beserta isinya seperti pada Gambar di samping, diperlukan gaya sebesar 22 N. Berapakah usaha yang diberikan oleh gaya itu, jika sudut antara gaya dengan perpindahan 60 o dan balok bergeser sejauh 3 m? Jawab: W = F s cos θ = 22 N. 3 m. Cos 60 o W = = 66. 0,5 33 N.m = 33 Joule

10 Contoh 2: Jawab : Sebuah peti kemas bermassa 50 kg yang terletak pada lantai ditarik horisontal sejauh 2 meter dengan gaya 100 N oleh seorang buruh pelabuhan. Lantai tersebut agak kasar sehingga gaya gesekan yang diberikan pada karung beras sebesar 50 N. Hitunglah usaha total yang dilakukan terhadap peti kemas tersebut? Usaha yang dilakukan oleh gaya normal : Usaha total = Wb+ Wg+ Ww+ WN = (200 N.m) + ( 100 N.m) = 100 N.m = 100 Joule

11 Soal: Seorang anak menarik mobil mainan menggunakan tali dengan gaya sebesar 20 N. Tali tersebut membentuk sudut 60 o terhadap permukaan tanah dan besar gaya gesekan tanah dengan roda mobil mainan adalah 2 N. Jika mobil mainan berpindah sejauh 10 meter, berapakah usaha total?

12 Soal: Dua anak sedang berebut untuk memindahkan sebuah peti ke tempat sesuai dengan yang mereka inginkan. Akhirnya keduanya memutuskan untuk menarik peti tersebut dengan tali ke kanan, sedangkan anak kedua ingin memindahkan peti ke kiri, seperti tampak pada gambar. Akhirnya, peti berpindah sejauh 5 m ke kanan. Hitung usaha masing-masing anak. Berapakah usaha totalnya?

13 ENERGI Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi jika benda tersebut dapat melakukan usaha. Misalnya kendaraan dapat mengangkat barang karena memiliki energi yang diperoleh dari bahan bakar Keberadaan energi bersifat kekal, sesuai dengan pernyataan Hukum Kekekalan Energi yang berbunyi : Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan

16 Energi Kinetik Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya. Secara matematika ditulis sebagai berikut: 1 2 Ek =. m. v 2 m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) Ek = Energi kinetik (joule)

17 Besar usaha yang dilakukan gaya sebesar F pada benda dapat dihitung dengan persamaan W = f.s = m. a. S Oleh karena gerak benda adalah gerak lurus berubah beraturan, nilai a dan s apat disubstitusikan dengan persamaan a dan s dari gerak lurus berubah beraturan, yaitu

18 Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi kinetik, yaitu

19 Contoh: Tentukan besar usaha yang dilakukan oleh mesin terhadap sebuah mobil bermassa 1 ton yang mula-mula diam sehingga bergerak dengan kecepatan 5 m/s. Jawab: W = ½ (1000) (25 0) W = joule

20 Soal: 1. Sebuah kereta gerbong kereta api mempunyai energi kinetik sebesar J, jika massa gerbong tersebut 1000 kg. Hitunglah kecepatan mobil tersebut? 2. Sebuah truk bergerak dengan kecepatan 30 m/s dan memiliki energi kinetik Joule. Tentukan : a. massa truk b. jika kecepatannya diubah menjadi dua kalinya, menjadi berapa kalikah energi kinetiknya?

21 Energi Potensial Gravitasi Energi potensial adalah energi yang dimiliki akibat kedudukan benda tersebut terhadap bidang acuannya. Sebagai contoh dari energi potensial, adalah energi pegas yang diregangkan, energi karet ketapel, energi air terjun, DLL. Energi Potensial gravitasi suatu benda yang bermassa m dan berada di dalam medan gravitasi benda lain yang bermassa M (dalam kasus ini diambil bumi yang bermassa M)

22 Energi Potensial Gravitasi Apabila permukaan bumi sebagai bidang potensial nol dan ketinggian tidak melebihi 1000 km (percepatan gravitasi tidak terlalu berbeda, dianggap konstan), perumusan energi potensial, secara matematis dapat ditulis

23 Contoh 3:

25 Contoh 4: Seorang pembalap dan sepeda balapnya mempunyai massa 100 kg, bergerak menanjak mendaki sebuah gunung dengan ketinggian 500 m, kemudian menuruni sebuah lereng sejauh 7500 m. Tentukanlah : Berapakah energi potensial dipuncak gunung dan ditempat pembalap berhenti dimana titik acuannya adalah ditempat sebelum pembalap menanjak? Berapakah perubahan energi potensial ketika pembalap menuruni lereng sampai berhenti?

28 Soal: Sebuah roket mmpunyai massa kg ditembakkan dengan kecepatan 1000 m/s. Berapakah energi potensial roket tsb. setelah mencapai ketinggian 2 km dari permukaan bumi (g = 9.8 m/s)?

29 Energi Potensial Pegas Energi potensial pegas adalah energi potensial karena adanya tarikan atau penekanan pegas atau kemampuan suatu benda yang dihubungkan dengan pegas untuk berada pada suatu tempat karena panjang pegas berubah sepanjang x

30 Contoh 5: Sebuah balok 1 kg berada diatas meja yang licin, pada ujungnya diikatkan sebuah pegas mendatar dengan k = 400 N/m. Pegas ditekan keposisi x=-5 cm dan dibebaskan sehingga bergerak bolak balik sepanjang meja licin. Hitunglah : Usaha yang dilkukan pegas ketika balok bergerak dari x=-5 cm ke x=+3cm kecepatan balok pada x = +3 cm

31 Penyelesaian : Diketahui : x 1 = -5 cm = 0.05 m x 2 = 3 cm = 0,03 m k = 400 N/m usaha yang dilakukan pegas untuk berpindah dari x=-5 cm ke x=3 cm :

32 Selain gaya pegas juga ada gaya berat, sehingga berlaku

33 Contoh: Sebuah pegas memiliki konstanta pegas N/m. Jika pegas tersebut ditarik hingga bertambah panjang 20 mm, berapa besar energi potensial pegas sebelum dilepaskan?

34 Daya dan Efisiensi

35 Daya dan Efisiensi

36 Contoh: Sebuah mesin pengerek digunakan untuk mengangkat sebuah benda bermassa 100 kg dengan kelajuan konstan 10 cm/s. Berapakah daya yang dimiliki oleh mesin tersebut dinyatakan dalam satuan watt dan horsepower?

37 Jawab: Kita bisa langsung menggunakan persamaan P = Fv Dalam kasus ini, gaya yang bekerja adalah gaya berat benda, yaitu F = mg. Dengan demikian P = mgv = (100 kg) (9,8 m/s 2 ) (10 cm/s) = (100 kg) (9,8 m/s 2 ) (0,1 m/s) P = 98 W Dengan faktor konversi 1 hp = 746 watt, maka P = (98 W) (1 hp/746w) P = 0,13 hp

38 Contoh: Sebuah mobil mempunyai massa 1500 kg memiliki daya 10 hp ( 1hp = 750 watt ). Jika pengaruh gaya luar dibaikan, tentukan waktu minimun yang dibutuhkan agar mencapai kecepatan 20 m/s dari keaadan diam?

39 Jawab:

40 Contoh: Air terjun dengan ketinggian 50 meter, mengalirkan air sebanyak kg tiap menit. Air terjun ini digunakan untuk memutar generator, dan menghasilkan daya 650 kilowatt. Jika g = 10 m/s. Tentukan efisiensi generator tersebut?

41 Jawab:

42 Soal: 1. Seorang petugas PLN yang massanya 80 kg menaiki tangga sebuah tower yang tingginya 50 m dalam waktu 4 menit. Jika g = 10 m/s2, berapakah daya yang dikeluarkan petugas PLN tersebut? 2. Dua buah alat penyedot debu (vacuum cleaner) memiliki daya masing masing 1 hp dan 0,5 hp. a. berpakah usaha yang dapat dilakukan masing masing alat ini dalam waktu 3 menit dinyatakan dalam satuan joule? b. jika untuk menyedot debu dalam suatu ruangan kedua alat ini melakukan usaha 97 kj, berapakah lama waktu yang diperlukan oleh masing-masing alat ini untuk menyelesaikan pekerjaan tersebut? 3. Sebuah mesin yang efisiensinya 80% memiliki daya masukan 600 W. Berapa besarkah kerja yang bisa dilakukan mesin ini dalam waktu 30 sekon?

43 Hukum kekekalan energi mekanik Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda. Menurut kekekalan energi mekanik, jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu tetap. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

44 Contoh: Sebuah benda dengan 2 kg dilemparkan vertikal ke atas dari permukaan bumi dengan kecepatan awal 40 m/s. Jika g = 10 m/s 2 dan gesekan udara diabaikan, hitunglah ketinggian maksimum yang dapat dicapai benda dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik.

45 Jawab:

dokumen-dokumen yang mirip

BAB USAHA DAN ENERGI

BAB USAHA DAN ENERGI. Seorang anak mengangkat sebuah kopor dengan gaya 60 N. Hitunglah usaha yang telah dilakukan anak tersebut ketika: (a anak tersebut diam di tempat sambail menyangga kopor di atas kepalanya.