Kalian sudah mengetahui usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah horisontal, tetapi bagaimanakah besarnya usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah benda ke arah vertikal? Memindahkan benda secara vertikal memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
F = m g Karena perpindahan benda ke arah vertikal sama dengan ketinggian benda (h), dengan memasukkan Persamaan F = m.g ke dalam Persamaan W = F.s, diperoleh usaha yang dilakukan terhadap benda tersebut sebagai berikut.
W = F s W = m g h dengan: W = usaha (J) m = massa (kg) g = percepatan gravitasi (N/kg) h = perpindahan atau ketinggian (m)
Sebuah benda yang massanya 3 kg diangkat vertikal sampai ketinggian 2 m. Apabila percepatan gravitasi di tempat tersebut 10 m/s 2 hitunglah besarnya usaha untuk memindahkan benda tersebut.
Penyelesaian: Diketahui: m = 2 kg h = 1 m g = 10 m/s^{2} Ditanyakan : W =.? Jawab: W = mgh W = (3 kg)(10 )m/s 2 (2 m) W = 60 J Jadi, usaha untuk memindahkan benda sebesar 60 joule.
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. Energi hanya mengalami perubahan bentuk dari bentuk satu menjadi bentuk lain. Misalnya, energi bahan bakar berubah menjadi energi kinetik yang dimiliki kendaraan.
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya. Jadi hanya benda bergerak yang memiliki energi kinetik.
Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya. Secara matematika ditulis sebagai berikut: Ek 1 2. m. v 2 dengan, m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s) Ek = Energi kinetik (joule)
Berdasarkan Hukum II Newton, diketahui bahwa percepatan berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa. Maka usaha yang dilakukan pada benda adalah jika maka dengan, F = gaya (N) s = perpindahan (s) m = massa benda (kg) a = percepatan benda (m/s 2 ) W = Usaha (joule)
Jika gaya F bekerja pada benda, benda tersebut akan bergerak berubah beraturan (GLBB), sehingga berlaku atau dengan, V 0 = kecepatan awal benda (m/s) V t = kecepatan akhir benda (m/s) a = percepatan benda (m/s 2 ) s = perpindahan (s)
Sehingga persamaan usaha pada benda menjadi Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi kinetik, yaitu
Berapa usaha yang diperlukan seorang pelari cepat dengan massa 74 kg untuk mencapai kecepatan 2,2 m/s dari keadaan diam?
Diketahui: m = 74 kg V t = 2,2 m/s V 0 = 0 Ditanya: Jawab: W =?
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda sama dengan perubahan energi kinetik partikel. Persamaan di atas dikenal dengan teorema Usaha-Energi.
Energi potensial merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya atau keberadaannya. Benda yang memiliki kedudukan di atas permukaan bumi, dikatakan bahwa benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi. Jika suatu benda yang ditegangkan, ditekan atau ditarik maka benda itu akan memiliki energi potensial pegas.
Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempat kedudukannya (ketinggian). dengan, m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) h = tinggi benda (m) Ep = energi potensial gravitasi (Joule)
Misalnya, usaha untuk mendarat sebuah Helikopter dari suatu ketinggian sampai ke permukaan tanah adalah.
Energi potensial dinyatakan dengan Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi potensial. Jadi, perlakuan oleh gaya pada benda sama dengan perbahan energi potensial.
dengan, F = gaya (N) s = perpindahan (m) m = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi (m/s 2 ) h t = tinggi akhir benda (m) h 0 = tinggi awal benda (m) Ep = energi potensial gravitasi (Joule) W = usaha (Joule)
Benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas tanah. Tentukan usaha yang dilakukan gaya berat benda tersebut pada saat mencapai tanah. h m g
Diketahui: m = 2 kg h 0 = 0 h t = 20 m g = 10 m/s 2 Ditanya: W =? Jawab: W = m. g. (h t h 0 ) = 2. 10. (20 0) = 20. 20 W = 400 joule
Ketika bahan elastis diberi regangan maka pada bahan tersebut akan timbul energi potensial. Misalnya, karet atau pegas yang direntangkan akan memiliki energi potensial. Jika gaya yang diberikan dihilangkan, energi potensial pegas akan berubah menjadi energi kinetik. Sifat pegas ini dimanfaatkan dalam shockbreaker dan busur panah.
Energi potensial yang dimiliki pegas atau benda elastis besarnya berbanding lurus dengan konstanta pegas k dan kuadrat simpangannya. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut dengan, k = konstanta pegas (N/m) Δx = simpangan (m) Ep = energi potensial pegas (Joule)
Persamaan di atas diperoleh dari hasil penurunan persamaan gaya pegas yang dirumuskan oleh Hooke. Besarnya usaha yang diperlukan untuk meregangkan pegas adalah sama dengan keadaan energi potensial akhir dikurangi keadaan energi potensial awal dari pegas atau
Untuk keadaan awal Δx 1 = 0, energi potensial awal Ep awal = 0, sehingga usaha untuk meregangkan pegas dari keadaan awal adalah
Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 2.10 2 N/m. Jika pegas tersebut ditarik hingga bertambah panjang 20 mm, berapa besar energi potensial pegas sebelum dilepaskan?
Diketahui: K = 2.10 2 N/m Δx = 20 mm = 2.10-2 m Ditanya: Ep =? Jawab:
Panas adalah bentuk akhir dari energi, yakni bentuk yang akhirnya diambil dari semua bentuk energi lain. Kita dapat mengubah energi gravitasi menjadi energi kinetik dengan mendorong jatuh sebuah batu di tepi tebing. Kita dapat mengubah energi kinetik air terjun menjadi energi listrik dengan menghubungkan kincir air ke sebuah generator.
Tetapi tidak ada konversi yang bisa lengkap 100%. Sebagian energi terbuang menjadi panas. Ketika sebuah batu jatuh menimpa tanah ia menjadi sedikit lebih panas. Ketika kincir air berputar, ia juga menjadi lebih panas. Pendek kata, kita dapat mengubah energi sebanyak yang kita sukai namun setiap kali pula, kita akan kehilangan sebagian energi itu dalam bentuk panas.
Panas Adalah energi sedangkan temperatur adalah ukuran seberapa padat konsentrasi panas dalam sebuah benda
liat, nobita aja sudah pintar, masa kita kaga