BAB III USAHA ENERGI DAN DAYA A. USAHA 1. Pengantar Usaha adalah proses suatu perubahan energi atau gaya dikali dengan jarak perpindahan. Usaha termasuk besaran skalar. Di dalam sisi mks usaha dinyatakan dengan Newton meter (Nm) atau disebut joule. Sedangkan dalam sistem cgs usaha dinyatakan dengan dyne cm atau disebut erg. Satu joule ialah besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang konstan sebedar satu newton kepada sebuah benda jika benda tersebut bergerak melalui jarak satu meter searah gaya tersebut. Satu erg ialah besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang konstan sebesar satu dyne kepada sebuah benda jika benda tersebut bergerak melalui jarak satu cm searah gaya tersebut. Karena: 1 Newton = 10 5 dyne 1 meter = 100 cm Maka : 1 Joule = 10 7 erg 2. Usaha yang Dilakukan Oleh Gaya Jika suatu gaya yang sejajar bidang horizontal bekerja pada suatu benda sehingga benda tersebut berpindah. Maka besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut:
Sedangkan jika sebuah gaya bekerja pada sebuah benda membentuk sudut dengan bidang horizontal. Besarnya usaha yang diperlukan oleh gaya dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut: Bila pada saat gaya bekerja pada benda, kemudian pada benda tersebut bekerja pula sebuah gaya yang arahnya berlawanan, maka besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dapat diketahui melalui persamman sebagai berikut. 3. Usaha yang Dilakukan oleh Beberapa Buah Gaya Jika beberapa buah gaya bekerja pada sebuah benda maka usaha yang dilakukan oleh resultan beberapa gaya yang bertitik tangkap sama adalah sama dengan jumlah aljabar usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya.
B. Energi 1. Pengertian Energi Energi suatu benda adalah kesanggupan benda tersebut untuk melakukan usaha. Menurut hukum kekekalan energi bahwa tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan melainkan hanya dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk yang lain. Energi dalam fisika dapat digolongkan atas beberapa macam antara lain: - Energi potensial - Energi kinetik - Energi mekanik - Energi minyak bumi - Energi panas - Energi air - Energi angin - Enrgi nuklir - Dll 2. Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda tempat kedudukannya. Energi potensial disebut juga energi diam, karena benda yang dalam keadaan diam dapat memiliki energi potensial. Jika suatu benda bergerak atau berubah posisinya maka benda tersebut akan mengalami perubahan energi potensial. Besarnya energi potensial dirumuskan sebagai berikut.
3. Energi Kinetik Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh geraknya. Jadi setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Besarnya energi kinetik dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut. 4. Hubungan Usaha dengan Energi Usaha yang dilakukan oleh gaya berat adalah sama dengan energi potensial benda tersebut. Besarnya usaha yang dilakukan dapat diketahui melalui persamaan sebagai berikut: Keterangan : W = usaha yang dilakukan gaya berat? Ep = perubahan energi potensial Sedangkan usaha yang dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda memiliki harga yang sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut. Jadi besarnya usaha yang dilakukan dapat diketahui melalui persamaan berikut:
5. Hukum Kekekalan Energi Jumlah energi seluruhnya selalu tetap meskipun terjadi perubahan atau perubahan energi dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya. Dalam hukum kekekalan energi dibahas hubunga antara energi kinetik dan energi potensial. Jumlah anatar energi potensial dan energi kinetik disebut juga sebagai energi mekanik yang besarnya selalu tetap. Besarnya energi mekanik dapat diketahui melalui persamaan berikut: Sedangkan menurut hukum kekekalan energi mekanik, bahwa energi mekanik suatu benda selalu tetap dimana jika energi kinetik benda bertambah maka energi potensialnya menurun dan jika energi kinetiknya menurun maka energi potensialnya meningkat. Jadi berdasarkan pernyataan diatas dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:
C. Daya Daya adalah usaha yang dilakukan persatuan waktu ataua dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut:
SOAL SOAL 1. Apakah yang diamksud dengan usaha? 2. Apa satuan usaha dalam sistim CGS? 3. Jelaskan definisi 1 joule! 4. Besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya yang konstan sebesar satu dyne kepada sebuah benda jika benda tersebut bergerak melalui jarak satu cm searah gaya tersebut dinamakan? 5. 15976 7 erg =... joule 6. Sebuah benda memiliki berat, berada pada bidang datar. Pada benda tersebut bekerja sebuah gaya mendatar sebesar 40 N, sehingga mengalami perpindahan sejauh 3 m. Berapa usaha yang dilakukan gaya tersebut. 7. Jelaskan pengertian energi! 8. Sebutkan macam-maam energi dan jelaskan masing-masing! 9. Sebuah peluru memiliki massa 20gram dengan kecepatan 50m/s. Tentukan energi kinetik peluru pada waktu itu. 10. Sebuah benda memiliki massa 4 kg mula-mula dalam keadaan diam pada sebuah bidang datar yang licin. Kemudian pada benda Hsebut bekerja sebuah gaya sehingga kecepatan benda tersebut menjadi 8 m/s. tentukm usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut. 11. Sebuah benda yang dalam keadaan diam berada pada ketinggian 40 cm dari permukaan tanah. Sedangkan benda memiliki massa 5 kg dan percepatatr gravitasi pada tempat tersebut besarnya g : l0 m/s2. Tentukan besamya energy mekanik benda tersebut. 12. Sebuah benda dilemparkan ke atas secara vertical dengan kecepatan awal 10 m/s. Tentukan tinggi maksimum benda jika percepatan gravitasi (g) di tempat tersebut sebesar 10 m/s2. 13. Berapa daya rata-rata (dalam watt) yang diperlukan untuk mengangkat benda seberat 50 kg setinggi 20 meter selama 1 menit? Diketahui:m=50kg h : 20 meter t= I menit= 60 menit Ditanya: P +?