USAHA DAN ENERGI

A. Usaha

     Usaha oleh suatu gaya sama dengan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang searah dengan gaya tersebut.

W = F x s

W = F x s x cos y

Keterangan :

W = Usaha ( Newton meter (Nm) = Joule( j ))

F  = gaya (Newton(N))

S  = jarak (meter (m))

* Gaya tidak melakukan usaha jika :

1.      benda tidak berpindah (s  = 0 )

2.      benda bergerak menempuh suatu luasan tertutup, yaitu berawal dan berakhir pada satu titik  yang sama ( s = 0 )

3.      gaya tegak lurus dengan perpindahan.

Besar usaha yang dilakukan dalam apa saja adalah sama dengan energi yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya.

Usaha positif, jika usaha yang dilakukan searah dengan perpindahan.

Usaha negatif, jika usaha yang dilakukan berlawanan arah dengan perpindahan.

Usaha oleh sekelompok gaya yang bekerja pada suatu benda  adalah sama dengan jumlah aljabar dari tiap-tiap gaya tersebut.

B. Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi diukur dalam satuan joule. Berbagai bentuk energi : E. Kimia, E Mekanik, E Listrik, E Bunyi, E Kalor, E Cahaya, E Nuklir, dll.

Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik tergantung pada massa dan kelajuan benda.

  Ek= 1/2 x mv2

Keterangan :

EK  = Energi Kinetik (Joule( j )

m = massa benda ( kg )

v = kecepatan benda (m/s)

Energi Potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena posisinya. Misal energi potensial gravitasi, energi kimia, energi listrik, energi nuklir. Secara umum energi potensial dirumuskan sbb :

EP = m x g x h

Keterangan :

EP = Energi Potensial (Joule ( j )

m = massa benda ( kg )

g = gaya gravitasi (m/s)

h = ketinggian ( m )

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik.

Em = Ep + Ek

Hukum kekekalan energi = “ energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya.

Sumber Energi dibagi 2 :

1. Sumber yang dapat diperbaharui

Misal : air, listrik, gelombang laut, panas bumi

1. Sumber yang tak dapat diperbaharui

Misal : minyak, gas, batubara

Konventer energi adalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya dari energi kinetik menjadi energi kalor. Energi listrik menjadi energi kalor ( setrika ), energi listrik menjadi energi gerak dll.

Energi biomassa adalah energi yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan binatang khususnya tumbuh-tumbuhan yang mudah tumbuh ( misal tebu, padi dll sumber makanan kita )

Efek rumah kaca adalah efek penyerapan pancaran panas dari permukaan bumi menuju ke atmosfir oleh gas rumah kaca ( misalnya karbon dioksida ).

Hujan asam adalah hujan yang mengandung asam (misal asam sulfurdioksida )

C. Daya

Daya dapat didefinisikan sbb : usaha yang dilakukan gaya dalam satuan waktu, atau laju melakukan usaha, atau laju perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

 P= W/t

Keterangan :

P  = Daya (Joule/ detik ( j/s ) = watt )

W = Usaha ( Joule )

t  = waktu ( detik (dt) = second (s))

1 Newton meter = 1 joule

1 joule/second = 1 watt

1 hp = 750 watt

D. PESAWAT SEDERHANA

Setiap alat yang mempermudah kita melakukan usaha disebut dengan pesawat. Pesawat berfungsi mempermudah kita melakukan usaha tetapi tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan.

Pesawat paling sederhana disebut dengan pesawat sederhana misal : tuas, katrol, bidang miring dan roda gigi.

Keuntungan mekanik sebuah pesawat sederhana didefinisikan sebagai perbandingan antara kuasa yang dilakukan dengan beban yang ditanggung.

  1.  TUAS

   Pada tuas berlaku hukum kekekalan usaha adalah sbb :

   Usaha masukan = usaha keluaran

          B X Lb = F X Lk

   Keterangan :

W_F = usaha masukan atau usaha yang dilakukan gaya (Joule ( J ) atau Newton Meter (Nm))

W_w = Usaha keluaran atau usaha akibat beban (Joule ( j ) atau Newton meter (Nm))

l_F = lengan gaya (meter (m))

l_w = lengan beban (meter (m))

w = berat beban (Newton (N))

F = gaya (Newton(N)

   Ada 3 macam tuas :

1.      tuas kelas pertama ( w – T – F )

2.      tuas kelas kedua ( T – w – F )

3.      tuas kelas ketiga ( T – F – w )

    T = titik tumpu, w  = beban , dan F = gaya

Keuntungan Mekanik Tuas

Dengan menggunakan tuas beban kerja terasa lebih ringan berarti kita memperoleh keuntungan. Keuntungan yang diperoleh dari pesawat sederhana seperti demikian dinamakan dengan keuntungan mekanik. Besarnya keuntungan mekanik dinyatakan sebagai perbandingan antara berat beban yang akan diangkat dengan besar gaya kuasa yang diperlukan. Keuntungan Mekanik ini dapat ditulis kedalam rumus sebagai berikut :

Keuntungan Mekanik = atau disingkat KM =

Dengan demikian keuntungan mekanik tuas dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Jika beban 1000 N dan kuasa untuk mengangkat 250 N, maka keuntungan mekaniknya adalah

  

KM = = Jadi keuntungan mekaniknya adalah 4 kali

 2. KATROL

Katrol adalah pesawat sederhana yang digunakan untuk menaikkan beban berat.

Katrol tetap tidak memperbesar gaya tetapi hanya merubah arah gaya sehingga searah dengan gaya berat. Sedangkan katrol bergerak tidak merubah arah gaya melainkan mengkalikan gaya. Keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1, sedangkan katrol bergerak adalah 2.

CONTOH SOAL

1. Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massa durian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 N/kg, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
    h = 8 meter
    m = 2 kg
    g = 10 N/kg
Ditanyakan : Ep = ……… ?

Jawab :
    E_p = m.g.h
    E_p = 2 kg. 10 N/kg. 8 m
    E_p = 160 Nm
    E_p = 160 J
Jadi energi potensial yang dimiliki oleh buah durian adalah 160 joule

2.Sebuah mobil yang massanya 1000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Berapa energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
m = 1000 kg
v = 15 m/s
Ditanyakan : Ek = ……… ?

Jawab :
E_k = ½ m.v²
E_k = ½ 1000 kg.(15 m/s)²
E_k = ½ 1000 kg.225 m²/s²
E_k = 112500 kg m²/s²

Jadi energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut adalah 112500 joule.

3. Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37^o terhadap arah horizontal.



Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!


Pembahasan

4.

Benda beratnya 1000 N diangkat dengan pengungkit seperti gambar diatas. Jarak Titik beban ke titik tumpu 50 cm dan jarak titik kuasa ke titik tumpu 2 m. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk mengangkat beban itu? Penyelesaian :

Diketahui : B = 1000 N Lb = 50 cm Lk = 2 m = 200 cm Ditanya : F = ..... ?

Jawab: