Rangkuman Energi dan Perubahannya Usaha dan Energi
Resume Energi dan
Perubahannya
Usaha dan Energi
Usaha
Pengertian Usaha
Dalam sudut pandang fisika, khususnya
mekanika, usaha mengandung pengertian sebagai segala sesuatu yang dilakukan
oleh gaya pada suatu benda sehingga benda itu bergerak. Ada dua syarat
terjadinya suatu usaha, yaitu:
1)
Adanya
gaya yang bekerja pada suatu benda;
2)
Adanya
perpindahan yang dialami oleh benda tersebut.
Dengan demikian usaha didefinisikan
sebagai sejumlah gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga menyebabkan benda
berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan arah gaya. Secara matematis,
usaha yang dilakukan pada suatu benda dinyatakan sebagai berikut.
W = 𝐹. Δ𝑥
dengan: W = usaha yang dilakukan
pada suatu benda
F= gaya yang
bekerja pada suatu benda
∆x = perpindahan yang
dialami benda tersebut
Usaha yang dilakukan pada suatu benda
apabila gaya yang bekerja pada benda itu tidak searah dengan arah
perpindahannya secara matematis dinyatakan sebagai berikut:
W = 𝐹 cos 𝛼
. Δ𝑥
dengan: = sudut antara arah gaya dan arah
perpindahannya.
Energi
Energi dan Perubahan Bentuk Energi
Energi tidak memiliki massa, tidak
dapat diamati, dan tidak dapat diukur secara langsung. Akan tetapi kita dapat
merasakan perubahannya. Kita dapat beraktivitas sehari-hari karena tubuh kita
memiliki energi. Sumber energi utama di alam ini adalah matahari.
Energi dapat menyebabkan perubahan
pada benda atau lingkungan. Perubahan energi yang dimaksud dapat terjadi dengan
berbagai cara. Matahari sebagai sumber energi utama memberikan banyak manfaat
dalam berbagai perubahan energi. Matahari menghasilkan energi radiasi yang
dapat diubah menjadi berbagai bentuk energi lainnya yang tentu saja sangat
berguna bagi kehidupan. Reaksi nuklir yang terjadi di matahari menghasilkan
energi termal (kalor). Oleh karena itu suhu matahari tetap tinggi meskipun
radiasi dipancarkan terus- menerus ke ruang angkasa.
Sebagai penyebab berubahnya
benda-benda, energi mengalami perubahan dari satu bentuk ke bentuk lain.
Misalnya, pada api unggun terjadi perubahan energi kimia yang ada di dalam kayu
menjadi energi cahaya dan energi panas.
Bentuk-Bentuk Energi
Konsep bentuk energi tidak terlepas
dari perubahan energi, karena yang berubah adalah bentuk energi. Air yang
mendidih karena dipanaskan mampu menggerakkan baling-baling kertas. Dalam peristiwa
ini terjadi perubahan dari energi termal pada air menjadi energi kinetik
(gerak) pada gerakan baling-baling kertas. Dari peristiwa ini dapat memahami
bahwa ada bentuk energi termal (panas) dan bentuk energi kinetik.
Sumber Energi
Sumber energi adalah sesuatu yang
menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Pada pemakaian
baterai perubahan energi yang terjadi adalah energi kimia menjadi energi
listrik. Pada proses perubahan ini sering terjadi perubahan sebagian energi ke
bentuk energi lain, yaitu energi termal (panas).
Energi dapat berada dalam berbagai
bentuk, seperti energi panas, energi cahaya, energi listrik, energi kinetik,
energi kimia, energi potensial, energi nuklir, dan lain sebagainya. Ada dua
bentuk energi yang ada kaitannya dengan mekanika, yaitu energi kinetik dan
energi potensial. Dalam pembahasan ini, akan dibahas mengenai energi kinetik,
energi potensial, dan energi mekanik.
1) Energi Kinetik
Energi pada benda
yang bergerak disebut energi kinetik. Kata kinetik berasal dari bahasa yunani,
kinetikos, yang artinya “gerak”. Ketika benda bergerak, benda memiliki
kecepatan. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik
merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatannya.
Agar benda dipercepat
beraturan sampai bergerak dengan laju v maka pada benda tersebut harus
diberikan gaya total yang konstan dan searah dengan arah gerak benda sejauh s.
Untuk itu dilakukan usaha atau kerja pada benda tersebut sebesar W = F. S ,
dengan F = m a.
Karena benda
memiliki laju awal vo, laju akhir vt dan bergerak sejauh s, maka untuk
menghitung nilai percepatan a, kita menggunakan persamaan vt2 = vo2 + 2 .a. s.
Subtitusikan nilai percepatan a ke
dalam persamaan gaya F = m a, untuk menentukan besar usaha :
Persamaan ini menjelaskan usaha total yang
dikerjakan pada benda. Karena W = EK maka kita dapat menyimpulkan bahwa besar
energi kinetik translasi pada benda tersebut adalah :
W = EK = ½ mv2
2)
Energi
Potensial
Istilah potensial memiliki kata dasar “potensi”,
yang dapat diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Secara umum, energi
potensial diartikan sebagai energi yang tersimpan dalam sebuah benda atau dalam
suatu keadaan tertentu.
Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni
dalam kajian mekanika, energi potensial adalah energi yang dimiliki benda
karena kedudukan atau keadaan benda tersebut. Berikut akan dipaparkan dua
contoh energi potensial yang mengacu pada pengertian ini, yakni energi
potensial gravitasi dan energi potensial pegas.
(1) Energi Potensial Gravitasi
Energi
potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya
(ketinggiannya) terhadap suatu bidang acuan tertentu. Semakin tinggi benda di
atas permukaan tanah, makin besar energi potensial yang dimiliki benda tersebut.
Energi
potensial (EP) gravitasi sebuah benda merupakan hasil kali gaya berat benda
(mg) dan ketinggiannya (h). h = h2 - h1. Sehingga, didapat persamaan energi
potensial gravitasi, yakni:
EP = mgh
(2) Energi Potensial Pegas
Energi potensial
pegas berhubungan dengan benda-benda yang elastis, misalnya pegas. Persamaan
Energi Potensial elastis (EP Pegas)
EPelastis = 
kx2
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Bunyi dari Hukum Kekekalan Energi yakni energi
tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya dapat diubah dari
satu bentuk ke bentuk lainnya. Sedangkan hukum kekekalan enegi mekanik. Hukum
ini berbunyi :
“Jika pada suatu sistem hanya bekerja
gaya-gaya dalam yang bersifat konservatif (tidak bekerja gaya luar dan gaya dalam
tak konservatif),maka energi mekanik sistem pada posisi apa saja selalu tetap
(kekal). Artinya energi mekank sistam pada posisi akhir sama dengan energi
mekanik sistem pada posisi awal.”
Gaya Konservatif dan Gaya Tak Konservatif
Gaya konservatif yaitu gaya–gaya yang tidak
bergantung pada lintasannya tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan
akhirnya saja sedangkan gaya tak konservatif merupakan kebalikan dari gaya
konservatif. Usaha yang dilakukan oleh gaya konservatif untuk perpindahan
antara dua posisi tertentu hanya bergantung pada kedua posisi tersebut dan
tidakbergantung pada jalan yang ditempuh. Usaha W=F. x sedang x adalah
konstan untuk perpindahan tersebut. Jadi, supaya usaha W hasil gaya konservatif
F hanya merupakan fungsi posisi, maka gaya F tersebut haruslah merupakan fungsi
posisi saja dan bukan fungsi kecepatan atau waktu.
Daya
Dalam ilmu fisika, daya diartikan
sebagai laju usaha dilakukan atau perbandingan antara besar usaha dengan selang
waktu. Dalam kaitan dengan energi, daya diartikan sebagai laju perubahan
energi. Sedangkan daya rata-rata didefinisikan sebagai perbandingan usaha total
yang dilakukan dengan selang waktu total yang dibutuhkan untuk melakukan usaha.
Secara matematis,
hubungan antara daya, usaha dan waktu dirumuskan sebagai berikut:
Berdasarkan persamaan ini, dapat
disimpulkan bahwa semakin besar laju usaha, semakin besar daya. Sebaliknya,
semakin kecil laju usaha maka semakin kecil laju daya.
Satuan Daya
Daya merupakan besaran skalar, besaran
yang hanya mempunyai nilai atau besar, tidak mempunyai arah. Satuan daya dalam
Sistem Internasional adalah Joule/detik. Joule/detik juga biasa disebut Watt
(disingkat W), untuk menghargai James Watt. Dalam sistem British, satuan daya
adalah 1 pon-kaki/detik. Satuan ini terlalu kecil untuk kebutuhan praktis
sehingga digunakan satuan lain yang lebih besar, yakni dayakuda atau horse
power (disingkat hp). 1 dayakuda = 550 pon-kaki/detik = 764 watt = ¾ kilowatt.
Besaran Usaha juga bisa dinyatakan
dalam satuan daya x waktu, misalnya kilowatt- jam alias kWh. Satu kWh adalah
usaha yang dilakukan dengan laju tetap sebesar 1 kilo Watt selama satu jam.