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  .

F

F cos 

W = usaha ; F = gaya ; = perpindahan ,  = 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

B. ENERGI

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha (kerja). Setiap benda dapat melakukan usaha jika benda itu memiliki energi.

B.1. Macam-Macam Energi

1. 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

2. 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

3. 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:

1. Energi potensial di titik A
2. Energi kinetik di titik B
3. Energi mekanik di titik C

Pemecahan :

Diketahui: m = 5 kg

= 6 m

= 2 m

= 0

g = 10 m/

penyelesaian:

1. E = mg

= 5.10.6

= 300 j

2. E = E

E + E = E + E

1. + EE + mg

300 = E + 5.10.2

300 = E + 100

E = 200j

3. 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.