Energi : Pengertian Energi, Macam-macam energi, Energi dan Perubahannya dan Pesawat Sederhana

Energi

Apabila anda analisa dari tabel di atas energi memiliki peran yang penting dalam kehidupan manusia, pekerjaan menjadi lebih mudah dikerjalan, efisien dan efektif. Berbicara tentang energi, maka akan melekat padanya juga tentang bahan baku energi itu sendiri. Sekarang Anda coba pikirkan apa yang terjadi seandainya alatalat tadi tidak ada sumber bahan bakunya? Apakah alat-alat tadi akan bekerja dengan optimal? tentu tidak bukan?

Oleh karenanya memahami konsep energi ini adalah sesuatu yang kompleks, tidak hanya mempelajari konsep energi semata, akan tetapi para pebelajar juga harus berpikir bagaimana sumber energi (bahan baku) itu tetap lestari, terjaga dengan baik, maka tentu konsekuensinya adalah harus menjaga dan merawat lingkungan alam sekitar dengan baik pula.

Berdasarkan tabel 2.1 tentang penggunaan energi, memberikan gambaran secara jelas bahwa kegiatan-kegiatan manusia akan berjalan dengan baik, jika alat-alat yang digunakan manusia untuk beraktivitasnya tersebut ditunjang dengan energi yang cukup, juga harus ditopang oleh sumber energi yang cukup pula. Oleh karenanya dapat disimpulkan bahwa benda dikatakan memiliki sebuah energi jika benda tersebut dapat melakukan kerja atau usaha secara optimal, dengan kata lain Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Energi dalam satuan internasional, satuannya dinyatakan dalam joule (J) atau kalori (kal). Energi adalah sesuatu yang sangat melekat dalam setiap aktivitas kehidupan.

 

Secara sederhana, energi dapat diartikan sebagai kemampuan suau benda untuk melakukan suatu usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi ketika benda tersebut mampu menghasilkan gaya yang dapat melakukan kerja. Anda semua tentunya telah sering mendengar dan paham istilah energi atau tenaga; suatu besaran turunan yang memiliki satuan Joule atau erg. Kita tahu, bahwa kita mampu melakukan sesuatu karena kita memiliki sejumlah energi. Tanpa energi kita tidak mampu bekerja, bergerak, berpikir dan bahkan, mungkin kita tidak mampu menarik nafas. Demikian juga makhluk dan benda-benda di alam ini tidak akan mengalami perubahan jika tidak ada energi. Oleh karenanya para ahli sains mendefinisikan energi sebagai kemampuan melakukan usaha. Setiap materi pasti mengalami perubahan; dengan demikian setiap materi mengandung dan terkait dengan energi. Bila materi berubah akan disertai perubahan energi, maka energi adalah sesuatu yang menyertai perubahan materi. Jika energi yang dikandung materi sebelum perubahan lebih besar dari sesudahnya, maka akan keluar sejumlah energi, dan peristiwa itu disebut eksotermik.

 

Sebaliknya, jika energi materi sebelum perubahan lebih kecil darisesudahnya, maka akan diserap sejumlah energi, dan peristiwa itu disebut endotermik. Energi memiliki sumbernya tersendiri seperti energi panas berasal dari matahari, api, atau nyala lilin. Matahari merupakan sumber energi utama bagi kehidupan di Bumi. Matahari (energi cahaya) berperan pada pembuatan makanan bagi tumbuhan, selanjutnya, tumbuhan merupakan makanan bagi kehidupan makhluk hidup lainnya.

Sumber energi secara umum ada dua yaitu:

1) Sumber Renewable (dapat diperbaharui): misalnya air (air terjun dan ombak laut), cahaya matahari, dan angin.

2) Unrenewable (tidak dapat diperbaharui) misalnya nuklir fosil (bahan bakar minyak dan gas)

3. Bentuk Energi dan Perubahannya

Di alam ini tidak ada makhluk yang dapat menciptakan dan memusnahkan energi. Oleh karena itu, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Yang terjadi di alam hanya perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lainnya. Perubahan yang menyertai materi sebenarnya menjelaskan esensi energi sebagai kemampuan melakukan kerja (usaha). Melakukan usaha artinya melakukan perubahan, antara lain perubahan posisi, perubahan bentuk, perubahan ukuran, perubahan suhu, perubahan gerak, perubahan wujud dan perubahan struktur kimia suatu zat.

 

Pada dasarnya ada dua macam bentuk energi, yaitu energi potensial dan energi kinetik, kedua energi tersebut merupakan energi mekanik. Namun ada juga energi yang memiliki sumber berbeda.

 

1) Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda yang bergerak. Besarnya energi kinetik suatu benda bergantung pada massa dan kecepatan benda benda tersebut.

Benda bermassa m bergerak horizontal dengan kecepatan v, maka Ek benda: Ek
= ½ m v2

2) Energi potensial
Energi potensial adalah energi yang dikandung suatu materiberdasarkan tinggi rendah kedudukannya.Besarnya energi potensial bergantung pada massa dan ketinggian. Secara matematis hubungan tersebut ditulis:
Ep = m.g. h
Keterangan:
Ep = Energi potensial (J) m = massa materi (kg)
g = percepatan gravitasi (ms-2) h = ketinggian dari bumi (m)

Untuk lebih memahami ke dua bentuk energi mekanik tersebut di atas, sebaiknya anda perhatikan dulu soal berikut ini:

a) Sebutir mangga menggantung pada ketinggian 5 m di atas tanah. Bila masa buah mangga 300 g dan percepatan gravitasi 10 N/kg, tentukan energi fotensialnya.

b) Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Bila masa mobil itu 900 kg, tentukan energi kinetiknya? Setelah Saudara menjawab pertanyaan – pertanyaan tersebut, Saudara dapat mencocokkan hasil jawaban Saudara dengan penyelesaian di bawah ini.
a) Penyelesaian
h = 5 m; m = 300 g = 0,3 kg ; g = 10N/kg
Maka energi potensial yang dimiliki mangga adalah:
Ep = mgh
= 0,3 kg x 10 N/kg x 5m
= 15 J

b) Penyelesaian
V = 36 km/jam = 10 m/s M = 900 kg
Energi kinetik mobil adalah:
𝐸𝑘 =
1 2
𝑚𝑣2
𝐸𝑘 =
1 2
(900)(10)2
𝐸𝑘 =
1 2
(900)(100)
= 45.000 J

Perubahan energi potensial suatu benda selalu terkait dengan perubahan posisi (gerak) benda. Oleh karenanya terkait dengan energi kinetik benda tersebut. Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki suatu benda pada suatu saat disebut energi mekanik (Em). Bagi suatu benda, setiap saat berlaku hukum kekekalan energi mekanik Ek + Ep = konstan. Artinya jika benda mengalami kenaikan salah satu dari komponen energi mekanik (Ek atau Ep) maka komponen lainnya mengalami penurunan. Contoh, jika benda dilempar vertikal, benda setiap saat mengalami punurunan energi kinetik, maka pada saat yang sama benda
tersebut mengalami penambahan (kenaikan) energi potensial. Mengapa?

Energi mekanik juga dapat dinyatakan dengan perubahan posisi benda karena pengaruh gaya (tarikan atau dorongan).

 

Benda berupa balok ditarik oleh gaya F sebagaimana nampak pada gambar hingga sejauh s. Energi yang digunakan untuk usaha menggeser benda sejauh s dengan gaya sebesar F adalah W = F.s. Dimana F adalah komponen gaya yang sejajar dengan arah perpindahan benda (s). Jika arah gaya (F) membentuk sudut α dengan arah perpindahan (s) maka W = F Cos α.s. Untuk mengukur kepahaman Anda coba hitung berapa energi yang digunakan
seseorang yang menggeser benda secara horizontal sejauh 40 m. Gaya yang digunakan sebesar 60N dengan arah gaya membentuk sudut 30o dengan sumbu vertikal (sumbu y).

 

3) Energi panas (kalor)

Energi panas (kalor) adalah energi kinetik rata-rata gerakan partikel-partikel penyusun materi. Menggosok-gosokan suatu benda ke benda lainnya sebenarnya menjadikan gerakan partikel pada benda tersebut bertambah kecepatannya sehingga timbul panas. Sebaliknya, pemberian panas pada suatu benda dapat menyebabkan gerak partikel benda tersebut semakin cepat bahkan saling menjauh. Dengan kata lain kalor tercipta karena adanya panas yang berpindah akibat adanya perbedaan temperatur atau suhu. Apa itu suhu? apa bedanya suhu dengan kalor? Kalor merupakan energi yang berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika benda itu bersentuhan. Sementara untuk suhu adalah derajat panas suatu benda. Tetapi tidak secara langsung menunjukkan banyaknya panas benda tersebut. Suhu air dalam satu gelas mungkin sama dengan suhu air panas yang mengisi penuh sebuah termos, tetapi jumlah panasnya jelas berbeda. Kita hanya bisa memastikan bahwa materi yang suhunya lebih tinggi mempunyai energi kinetik rata-rata partikelnya lebih besar.

 

Akibatnya energi panas akan berpindah dari benda bersuhu tinggi ke yang rendah. Besarnya energi yang mengalir dapat ditentukan dari besarnya perubahan suhu, massa benda, dan kalor jenis. Berikut adalah penjelasan lebih lanjut tentang kalor dan suhu.

 

Kalor adalah energi yang diterima oleh sebuah benda sehingga suhu benda itu naik atau wujud benda berubah, atau energi yang dilepaskan oleh suatu benda sehingga suhu benda itu turun atau wujud benda berubah. Satuan energi untuk kalor biasanya dinyatakan dalam kalori. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 gram sehingga suhu naik 10 C, satu kilo kalori ialah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 kilogram (Kg) sehingga suhu naik 10C.

 

Mempelajari tentang panas tidak lepas dari kajian tentang suhu. Suhu merupakan derajat panas suatu benda. Derajat panas suatu benda ini tidak secara otomatis menunjukkan banyaknya panas pada benda benda tersebut. Maksudnya suhu air dalam satu gelas mungkin sama dengan suhu air panas yang mengisi penuh sebuah termos, tetapi jumlah panas (kalornya) nya jelas berbeda. Besarnya energi panas yang mengalir pada suatu benda dapat ditentukan dari besarnya perubahan suhu, massa benda, dan kalor jenis.

 

4) Energi listrik
Energi listrik adalah energi yang diakibatkan oleh gerakan partikel bermuatan dalam suatu media (konduktor), karena adanya beda potensial antara kedua ujung konduktor. Besarnya energi listrik bergantung pada beda potensial dan jumlah muatan yang mengalir.
w = q E
w = energi listrik (J)
q = muatan yang mengalir (C)
E = beda potensial listrik (V)

Energi listrik ini terjadi dikarenakan adanya muatan listrik yang bergerak.Dari muatan listrik yang bergerak inilah yang kemudian menimbulkan arus listrik. Energi ini banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, seperti contohnya untuk penerangan.Selain itu, energi listrik juga dipakai untuk menggerakkan mesinmesin. Contohnya saja untuk dijadikan sebagai pembangkit listrik untuk kebutuhan sehari-hari. Pembangkit listrik tersebut tentu mendapatkan energi dari berbagai sumber energi misalnya dari nulkir, angin, matahari, atau air. Sedangkan jika ingin menghasilkan energi listrik yang kecil bisa menggukan baterai, aki, atau generator.

 

5) Energi kimia

Energi kimia adalah energi yang dikandung suatu senyawa dalam bentuk energi ikatan antara atom-atomnya. Bila terjadi suatu reaksi kimia, perubahan energinya akan keluar berupa energi panas atau listrik. Jadi energi kimia adalah energi yang dihasilkan dalam reaksi kimia.Besarnya energi bergantung pada jenis dan jumlah pereaksi serta suhu dan tekanan.Energi kimia ialah energi yang dilepaskan selama proses reaksi kimia. Contoh energi ini ialah makanan yang kita makan. Makanan yang sering kita makan mengandung unsur kimia di dalamnya.

Di dalam tubuh, unsur kimia yang terkandung dalam makanan tersebut nantinya akan mengalami reaksi kimia. Selama proses tersebut, unsur-unsur yang bereaksi akan melepaskan energi kimia. Energi kimia yang dilepaskan tersebut nantinya akan membantu metabolisme tubuh kita untuk menunjang aktivitas keseharian kita sehari-hari.

 

6) Energi nuklir

Energi nuklir adalah energi yang terkandung dalam inti atom. Energi nuklir akan keluar bila suatu inti berubah menjadi inti lain. Besarnya energi nuklir bergantung pada jenis dan jumlah inti. Energi ini dihasilkan dari proses reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi di inti atom yang pecah atau bergabung menjadi inti atom yang lain dan partikel lain lalu melepaskan energi kalor. Reaksi nuklir terdapat di matahari, bom nuklir, serta reaktor nuklir. Energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir sangatlah besar sehingga dapat digunakan untuk dijadikan sebagai pembangkit listrik.

 

7) Energi pegas
Semua benda yang lentur atau elastis memiliki energi pegas ini. Misalnya ialah per, busur, pegas, ketapel, trampolin, dan lain-lain. Saat kita menekan, menggulung, menarik, atau merenggangkan suatu benda elastis maka saat dilepaskan maka ia akan kembali ke bentuknya semula. Saat kita memberikan gaya pada benda itu, maka energi yang dihasilkan ialah energi potensial. Sedangkan, saat dilepaskan makan energinya berubah menjadi energi kinetik.

4. Energi dan Usaha
Dalam kehidupan sehari-hari, pernakah Anda mendorong suatu benda? Apa yang terjadi? Berpindah atau tetap? Jika kita tilik dari konsep fisika, usaha tidak lepas dari gaya dan perpindahan. Bila gaya bekerja pada sebuah benda sehingga benda berpindah selama gaya bekerja, maka gaya tersebut melakukan usaha. Dengan kata lain, seandainya pada saat kita mendorong suatu benda dan benda itu berpindah, maka kita sudah melakukan usaha. Akan tetapi jika tidak ada perubahan maka dianggap kita tidak melakukan usaha, apa contohnya? Misal Anda mendorong tembok rumah, dan tembok tersebut tidak mengalami perpindahan selama ada gaya yang kita berikan, maka usaha kita dianggap tidak ada, atau nol.

Usaha secara matematis dirumuskan dalam persamaan W = F.s
Keterangan:
W = usaha (Joule) F = gaya (Newton)
s = perpidahan benda (meter)

 

Lalu apa hubungan energi dan usaha? hubungan antara energi dengan usaha dapat tergambar dalam beberapa peristiwa. Sebagai contoh bahan bakar bensin memiliki energi untuk menggerakan kendaraan bermotor. Usaha pada dasarnya sama dengan perubahan energi yang terjadi. Oleh karena itu, satuan usaha sama dengan satuan energi, yaitu joule (J).

Dalam kehidupan sehari-hari, usaha sering diartikan sebagai kegiatan untuk mencapai tujuan tertentu, menurut fisika usaha tidak terlepas dari gaya dan perpindahan. Bila gaya bekerja pada sebuah benda sehingga benda berpindah selama gaya bekerja, maka gaya tersebut melakukan usaha. Misal ketika kita mendorong meja kemudian meja berpindah berarti kita melakukan usaha.

 

Terdapat hubungan antara usaha dengan energi, misalnya air memiliki energi untuk menghanyutkan kayu. Usaha pada dasarnya sama dengan perubahan energi yang terjadi. Oleh karena itu, satuan usaha sama dengan satuan energi, yaitu joule (J).

 

5. Pesawat Sederhana
Pernahkah Saudara melakukan kegiatan-kegiatan seperti berikut ini? Membuka tutup botol? Mengangkat air? Memotong kertas? Memotong sayuran? Membuka baut lemari atau sejenisnya? memotong kuku? dan atau Mengerek bendera? Jika pernah, apakah Saudara melakukan semua kegiatan tersebut dengan tangan kosong atau menggunakan alat? Jika menggunakan alat. Tuliskan dalam Tabel yang sudah tersedia.

 

Jika kita analisa, aktivitas sehari-hari kita tidak lepas dari benda- benda tersebut di atas. Benda-benda yang digunakan untuk membantu tugas kita itu dalam konsep fisika dinamakan pesawat. Karena tingkat kerumitan pada pesawat yang sering kita gunakan tersebut sangat simpel (sederhana), maka pesawat-pesawat tersebut dinamakan dengan pesawat sederhana. Pesawat sederhana adalah alat mekanik yang dapat mengubah arah atau besaran dari suatu gaya. Secara umum, alat-alat ini bisa disebut sebagai mekanisme paling sederhana yang memanfaatkan keuntungan mekanik untuk menggandakan gaya. Coba perhatikan, anda berikutnya akan mempelajari macam pesawat sederhana yang harus anda pahami, antara lain adalah tuas, katrol, roda bergandar, bidang miring, sekrup dan baji.

1) Titik T tempat tuas bertumpu disebut titik tumpu, Jarak dari titik T sampai ke garis kerja beban disebut lengan beban (lb). Jarak dari titik T sampai garis garis Tuas Tuas digunakan untuk mengangkat beban yang berat, contohnya linggis, kayu dan sebagainya. Caranya dengan menaruh salah satu ujung linggis di bawah batu, kemudian ujung yang lain diangkat dan ditekan. kerja gaya disebut lengan kuasa (lk). Beban adalah berat benda yang hendak
diangkat, sedangkan kuasa adalah gaya yang diberikan kepada tuas. Besarnya keuntungan pesawat dengan istilah keuntungan mekanik (Km), dengan rumus sebagai berikut:

Pesawat yang memiliki prinsip kerja seperti tuas, misalnya: gunting, gerobak dorong, roda gigi sepeda, alat dayung, lengan bawah dari lengan bawah kita

2) Katrol
Secara garis besar ada 2 jenis katrol, yaitu katrol tetap dan katrol bergerak. Katrol tetap bisa dipandang sebagai tuas. Keuntungan katrol tetap hanya dapat mengubah arah gaya. Keuntungan mekanik katrol tetap ditentukan oleh rumus berikut
Kalau keuntungan mekanisnya 1 sama saja dong dengan tidak ada keuntungan? Memang benar, katrol tetap tidak mengecilkan gaya yang diperlukan untuk mengangkat sebuah beban. Gaya yang diperlukan masih sama dengan berat benda tersebut.

Tetapi hal yang bisa dilakukan oleh katrol tetap ialah merubah arah gaya yang harus dilakukan. Ketika memakai kerekan sumur terasa lebih mudah karena kita “menarik ke bawah” bukan “menarik ke atas”. Dengan menarik ke bawah kita dibantu oleh berat tubuh kita sendiri.

 

Bagaimana dengan katrol bergerak? Berapakah keuntungan mekanik bila mempergunakan katrol bergerak? Pada katrol bergerak setiap kuasa hanya memikul setengah dari berat beban. Keuntungan mekanik katrol bergerak adalah.

3) Katrol Ganda/Majemuk

Katrol majemuk adalah katrol yang komposisi penyusunnya meliputi katrol tetap dan katrol bebas. Objek atau benda yang terpasang pada sistem katrol dihubungkan oleh tali dan melalui katrol. Contoh katrol majemuk diperlihatkan seperti gambar di bawah.

Keuntungan mekanis = sesuai jumlah katrol yang dipakai atau jumlah tali yang menghubungkan katrol

𝐾𝑀 = 𝑊/𝐾𝑀

 

4) Roda Bergandar
Roda bergandar memiliki sebuah roda atau pemutar yang dihubungkan dengan sebuah gandar yang juga bisa berputar. Diameter roda lebih besar dibandingkan diameter gandar. Keuntungan mekaniknya berupa gaya.
𝐾𝑚 = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛
𝑘𝑢𝑎𝑠𝑎 = 𝑅 𝑟

 

5) Bidang Miring

Penggunaan bidang miring hanya akan memudahkan usaha, tanpa mengurangi besarnya usaha yang harus dilakukan. Dengan menggunakan bidang miring, maka kuasa untuk menarik atau mendorong beban menjadi lebih kecil dibandingkan kalau beban harus diangkat langsung. Keuntungan mekanik dari penggunaan bidang miring dengan rumus:
𝐾𝑚 =
𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑖𝑑𝑎𝑛𝑔
𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑏𝑖𝑑𝑎𝑛𝑔 =
𝑙 ℎ
Keterangan:
h = tingggi bidang miring
l = panjang bidangmiring

Berbagi :