Tujuan Pembelajaran : 1. Menunjukan bentuk-bentuk energi dan contohnya dalam kehidupan sehari-hari. Mengaplikasikan konsep energi dan perubahannya dalam kehidupan sehari-hari 3. Merancang percobaan sederhana tentang perubahan bentuk energi 4. Membedakan konsep energi kinetik dan energi potensial 5. Menjelaskan adanya energi potensial dan energi kinetik pada suatu benda yang bergerak 6. Menunjukan konsep kekekalan energi 7. Menunjukan hubungan usaha, gaya dan perpindahan 8. Menjelaskan kaitan antara energi usaha 9. Menunujukan kegunaan beberapa pesawat sederhana yang sering digunakandalam kehidupan sehari-hari
Coba diskusikan! Mengapa kita merasa lelah setelah berlari? Mengapa tubuh kita menjadi lemas jika lapar? Pada saat terjadi pemutusan aliran listrik, mengapa kita tidak dapat menghidupkan lampu dan televisi? Mengapa batu akan pecah bila dipukul palu? Mengapa memotong kain lebih mudah jika menggunakan gunting?
Pernahkah kamu mendengar kata usaha! `` Apakah artinya usaha? Saya sedang usaha agar memperoleh uang Apakah betul si ibu tersebut melakukan usaha?
BERSEPEDA PESAWAT TERBANG KINCIR ANGIN
Pengertian Energi : Adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Usaha sama dengan hasil perkalian antara gaya dengan perpindahan
Bentuk energi 1. Energi kimia, adalah energi yang tersimpan dalam bahan makanan. Energi cahaya dan energi panas,adalah energi dari benda yang menghasilkan cahaya dan panas 3. Energi listrik, adalah energi ditimbulkan oleh arus listrik. 4. Energi Bunyi, adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang bergetar. 5. Energi potensial, adalah energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya. 6. Energi kinetik, adalah energi yang dimiliki benda saat bergerak.
HUKUM KEKEKALAN ENERGI : ENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN DAN TIDAK DAPAT DIMUSNAHKAN, HANYA DAPAT BERUBAH BENTUK MENJADI BENTUK ENERGI YANG LAIN
Perubahan bentuk energi Energi listrik menjadi energi cahaya ( arus listrik lampu nyala ) Energi listrik menjadi energi panas ( arus listrik strika listrik ) Energi gerak menjadi energi kalor ( dua benda digesekan menjadi panas ) Energi gerak menjadi energi bunyi ( senar gitar di petik ----- bunyi ) Energi kimia menjadi energi listrik ( accu / aki atau baterai )
Energi Mekanik ( Em ) A. Energi Potensial ( Ep ) Em = Ep Ep = m.g.h Ep = Energi potensial ( Joule ) m = massa benda ( kg ) g = percepatan gravitasi bumi ( m / s ) h = ketinggian benda ( m ) h Em=Ep+Ek Em=Ek LANTAI
B. Energi kinetik ( Ek ) E k = ½ mv Ek = Energi kinetik ( Joule ) m = massa ( kg ) V = percepatan ( m / s ) Em = Energi potensial + Energi kinetik Em = mgh + ½ mv
CONTOH SOAL : 1. Tentukan energi kinetik sebuah sepeda yang sedang melaju pada 5 m/s. Massa sepeda berikut pengendaranya adalah 60 kg. Penyelesaian Diket : m = 60 kg v = 5 m/s Dit. Ek =? Jawab : Ek = ½ m.v = ½ x 60 kg x 5² m/s = 750 Joule
. Sebuah benda bermassa 0,1 kg dijatuhkan dari ketingiaan10 m ( g = 10 m/s ) a. Berapa energi potensial dan energi kinetik benda mula-mula? b. Berapa energi potensial dan energi kinetik benda saat menyentuh lantai? c. Berapa energi potensial, energi kinetik dan kecepatan benda saat berada pada ketinggian 5 m? d. Berapa kecepatan benda pada saat menyentuh lantai?
Penyelesaian Diket : m = 0,1 kg h = 10 m g = 10 m/s v o = 0 m/s Dit : a. Ep mula-mula =. b. Ep dan Ek saat menyentuh lantai... c. Ep, Ek, dan v pada saat h = 5 m d. v pada saat menyentuh lantai
Jawab : a. Ep = m x g x h = 0,1 kg x 10 m/s x 10 m = 10 Joule Ek = 0 b. Pada saat menyentuh lantai ( h = 0 ) Em = Ek = 10 Joule c. Pada saat h = 5 m Ep = m x g x h = 0,1 kg x 10 m/s x 5 m = 5 Joule d. Em = Ep + Ek 10 = 5 + Ek Ek = 5 Ek = ½ x m x v 5 = ½ x 0,1 x v v = ½ x 0,1 5 v = V0,01 = 0,1 m/s
3. Tentukan energi sebuah bola volley bermassa 800 gram ( 0,8 kg ) yang sedang bergerak dengan kecepatan,5 m/s 4. Sebuah balok bermassa kg berada pada ketinggian 5 m. Jika percepatan gravitasi 10 m/s, tentukan energi potensial balok tersebut terhadap tanah? 5. Sebuah batu bermassa,5 kg dipegang pada jendela sebuah gedung tinggi yang berada 40 m diatas permukaan tanah. Berapakah energi potensial yang dimiliki batu? ( g = 9,8 m/s )
Persoalan gerak yang melibatkan gaya konstan Dinamika Persoalan gerak yang melibatkan gaya yang tidak tetap: F(x) Usaha dan Energi F(t) Momentum
Usaha Usaha adalah suatu besaran skalar yang diakibatkan oleh gaya yang bekerja sepanjang lintasan 1 1 1 1 1 ) ( ) ( ) ( ) ( dz s F dy s F dx s F d s s F W z y x z x y F ds 1
Usaha sebagai Luas F W g W x x 1 F( x) dx s x W = F * s dw = F(s) d s
Energi Kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja Bentuk dari energi: Energi kinetik Energi potential: gravitasi, pegas, listrik Panas dll Energi ditransfer kepada benda Usaha positif Energi ditransfer dari benda Usaha negatif..
Satuan Usaha dan Energi Gaya Jarak = Usaha Newton Meter = Joule [M][L] / [T] [L] [M][L] / [T] mks N.m (Joule) cgs Dyne-cm (erg) = 10-7 J Lainnya BTU = 1054 J calorie = 4.184 J foot-lb = 1.356 J ev = 1.6x10-19 J
Usaha dan Energi Kinetik Jika gaya F selalu tetap, maka percepatan a akan tetap juga, sehingga untuk a yang tetap: W 1 1 1 F( s) d s mv dv 1 1 dv m ds dt mvdv 1 mv v 1 v a F 1 mdv 1 m 1 ds dt mv 1 mv 1 i x
Teorema Usaha Energi kinetik W net K K K 1 1 mv 1 mv 1 Usaha yang dilakukan pada benda akan mengakibatkan perubahan energi kinetik dari benda tersebut
Jenis Gaya Gaya Konservatif Contoh : Gaya Gravitasi, Gaya Pegas, dll Gaya non Konservatif Contoh : Gaya Gesek, dll
Usaha yang dilakukan oleh Gaya Konservatif Tidak dibergantung kepada lintasan yang diambil W 1 W W W F( s) d s 0 11 1 1 1 W 1 Sehingga: W W Fk ( s W PE 1 1 ) Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif sebanding dengan negatif perubahan energi potensialnya Gaya konservatif adalah minus gradient dari energi potensialnya
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi W g = F s = mg s cos = mgy m W g = mgy s mg y j hanya bergantung pada y! m
Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi W = W 1 + W +...+ W n = F r 1+ F r +... + F r n = F (r 1 + r +...+ r n ) = F r = F y y r 3 r r 1 r m mg j W g = mg y r n Bergantung hanya pada y, bukan pada lintasan yang diambil!
Usaha yang dilakukan pada Pegas Pada pegas akan bekerja gaya sbb: F k x F(x) x 1 x x Posisi awal -kx F = - k x 1 F = - k x
Pegas (lanjutan ) W s x x 1 F ( x) dx F(x) x 1 x x x x 1 ( kx) dx -kx W s 1 kx x x 1 Energi Potensial Pegas W s 1 k x x 1
Hukum Kekekalan Energi Mekanik S Energi awal = S Energi akhir. Berlaku pada sistem yang terisolasi Proses pengereman ada energi yang berubah menjadi panas (hilang) Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan Hanya bentuk energi yang berubah Contoh: Energi potensial Energi Kinetik (benda jatuh bebas)
Gerak Bandul Fisis Pada kasus ini dapat terlihat perubahan antara energi kinetik (KE) dan energi potensial (PE) pada bandul. m h 1 h v KE + PE = KE 1 + PE 1
Jet Coaster KE + PE = KE 1 + PE 1 N v R v mg
Usaha oleh Gaya Non-Konservatif Bergantung kepada lintasan yang diambil W lintasan > W lintasan 1. Lintasan 1 B Contoh: Gaya gesek adalah gaya non-konservatif A Lintasan W f = F f D = - k mgd. F f = - k mg D
Gerak pada permukaan kasar Hitunglah x! d k x
Hukum Kekekalan Energi Umum W NC = KE + PE = E Dimana W NC adalah usaha yang dilakukan oleh gaya non konservatif E TOT = KE + PE + E int = 0 Dimana E int adalah perubahan yang terjadi pada energi internal benda ( perubahan energi panas) dan E int = -W NC
Diagram Energi Potensial PEs 1 kx F m U x U m x F x 0 x F = -dpe/dx = - {slope} U m x 0 x 0 x
Keseimbangan Kita meletakan suatu balok pada permukan kurva a. Jika energi posisi potensial: awal pada titik stabil maka balok tersebut akan bergerak bolak-balik pada posis awalnya b. Jika posisi awal pada titik unstabil maka balok tidak akan pernah kembali keadaan semulanya U 0 Stabil unstabil netral c. Jika posisi awal pada titik netral maka balok tersebut akan bergerak jika ada gaya yang bekerja padanya x
Daya Daya adalah laju perubahan usaha yang dilakukan tiap detik Daya dw dt F v F. d s dt cos F. v F Satuan SI dari daya v r 1 W = 1 J/s = 1 N.m/s1 1 W = 0.738 ft.lb/s 1 horsepower = 1 hp = 746 W