Energi dan Usaha

Bab 2 Energi dan Usaha

1. Apakah energi itu?

Pada gambar tampak para pelari yang sedang mengikuti perlombaan. Pelari tersebut membutuhkan energi yang cukup besar agar dapat berlari dengan cepat. Darimanakah pelari tersebut mendapatkan sumber energi?

Energi adalah kemampuan untuk menyebabkan perubahan.

Kamu memperoleh energi untuk bermain basket, setrika memperoleh energi listrik untuk memanaskan elemen pemanasnya yang digunakan untuk merapikan baju, batu yang dilemparkan mempunyai energi untuk dapat meninggalkan jejak di tanah dan menimbulkan suara.sehingga; 
Energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.
Satuan energi dalam Sistem Internasional (SI) adalah joule ( J). Satuan energi dalam sistem yang lain adalah kalori, erg, dan kWh (kilo watt hours).
Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut.
1 kalori = 4,2 joule atau
1 joule = 0,24 kalori

2. Bentuk-Bentuk Energi

 a. Energi Kimia

Makanan yang bergizi dan seimbang memberikan “bahan bakar” bagi tubuh. Energi kimia yang tersimpan dalam makanan diubah dalam bentuk yang dapat digunakan tubuh.

 

Makanan merupakan sumber energi kimia bagi manusia.

 Energi kimia terkandung di dalam bahan bakar minyak bumi.

Dalam api unggun, energi kimia dalam kayu diubah, atau berubah bentuk, menjadi energi panas dan cahaya.

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia dan dilepaskan selama reaksi kimia

b. Energi Listrik

Komputer, Televisi dan radio serta alat-alat elektronika lainnya memperoleh energi dari energi listrik. 

Pada televisi, radio dan komputer energi listrik ini diubah menjadi energi cahaya dan energi bunyi, sedangkan pada radio diubah menjadi energi bunyi.

Energi listrik dapat berupa hasil perubahan energi yang lain, misalnya dari energi matahari, energi gerak, energi potensial air, energi kimia gas alam, dan energi uap.
Energi listrik  terjadi karena adanya muatan listrik yang bergerak. Muatan listrik yang bergerak akan menimbulkan arus listrik.

3. Energi bunyi
Bunyi dihasilkan dari benda yang bergetar. Ketika kita mendengar bunyi guntur yang sangat keras, terkadang kaca jendela rumah kita akan ikut bergetar. Hal ini disebabkan bunyi sebagai salah satu bentuk energi merambatkan energinya melalui udara. Sebenarnya ketika terjadi guntur, energi yang dimiliki guntur tidak hanya mengenai kaca rumah tetapi mengenai seluruh bagian rumah. Akan tetapi, energi yang dimiliki guntur tidak cukup besar untuk menggetarkan bagian rumah yang lainnya.

Mistar yang digetarkan dapat menimbulkan bunyi.

d. Energi Panas

Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk hidup lainnya untuk hidup dan berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil sampingan perubahan energi yang lain, seperti dari energi listrik, energi gerak benda yang bergesekan, dan energi kimia; misalnya pembakaran bahan bakar.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan perubahan suhu maupun perubahan wujud zat.

Menggosok-gosokkan tangan dapat menimbulkan panas (kalor)

e. Energi cahaya

Energi cahaya diperoleh dari benda-benda yang memancarkan cahaya, misal lampu, api. Biasanya energi cahaya sisertai dengan energi panas, bahkan dengan menggunakan sel serya energi cahaya dapat diubah menjadi energi listrik.


f. Energi Nuklir

Energi nuklir merupakan energi yang dihasilkan selama reaksi nuklir. Reaksi nuklir terjadi pada inti atom yang pecah atau bergabung menjadi inti atom yang lain dan partikel-partikel lain dengan melepaskan energi kalor. Reaksi nuklir terjadi di matahari, reaktor nuklir, dan bom nuklir. Energi yang ditimbulkan dalam reaksi nuklir sangat besar, oleh karena itu energi nuklir dapat digunakan sebagai pembangkit listrik

Matahari menghasilkan energi nuklir yang besar, berasal dari reaksi fusi gas-gas penyusunnya.

g. Energi mekanik

Besarnya energi mekanik merupakan penjumlahan antara besarnya energi kinetik dengan energi potensial. Energi mekanik yang dimiliki suatu benda dapat ditulis secara matematis sebagai berikut.

Keterangan: 

Em : energi mekanik (J) 

Ep  : energi kinetik (J) 

Ek  : energi potensial (J)

1) Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena geraknya. Misalnya, angin yang bertiup dapat menggerakkan kincir angin.

Besarnya energi kinetik suatu benda ditentukan oleh besar massa benda dan kecepatan geraknya. 

Keterangan:

m : massa (kg) 

v : kecepatan benda (m/s)

Anak-anak yang sedang berlari ini menggunakan banyak energi. Kegiatan macam apakah yang hanya membutuhkan sedikit energi?

Energi kinetik tiap-tiap kendaraan berbeda karena energi kinetik bergantung pada massa dan kecepatan.

2) Energi potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya terhadap tanah. 

Misalnya, pada peristiwa jatuhnya buah mangga. Ketika buah mangga terjatuh, buah mangga tersebut memiliki energi kinetik karena geraknya. Akan tetapi ketika buah mangga masih berada di pohon, buah mangga tersebut memiliki energi potensial karena kedudukannya terhadap tanah. Sedangkan, saat buah mangga menyentuh tanah, energi potensialnya nol karena kedudukannya terhadap tanah nol.

Semakin besar massa benda maka semakin besar energi potensial yang dimilikinya. Semakin tinggi letaknya, energi potensial yang dimiliki juga semakin besar.

Keterangan: 

g : percepatan gravitasi bumi (m/s2) (g = 10 m/s2) 

h : ketinggian (m)

Benda-benda yang dapat jatuh memiliki salah satu bentuk energi yaitu potensial.

Batu yang dijatuhkan mempunyai energi potensial.

Perubahan Bentuk-Bentuk Energi

Suatu bentuk energi dapat berubah menjadi bentuk energi yang lain. Perubahan bentuk energi yang biasa dimanfaatkan sehari-hari antara lain sebagai berikut.
a. Energi listrik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi listrik menjadi energi panas terjadi pada mesin pemanas ruangan, kompor listrik, setrika listrik, heater, selimut listrik, dan solder.
b. Energi mekanik menjadi energi panas
Contoh perubahan energi mekanik menjadi energi panas adalah dua buah benda yang bergesekan. Misalnya, ketika kamu menggosok-gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan merasa panas.
c. Energi mekanik menjadi energi bunyi
Perubahan energi mekanik menjadi energi bunyi dapat terjadi ketika kita bertepuk tangan atau ketika kita memukulkan dua buah benda keras.
d. Energi kimia menjadi energi listrik
Perubahan energi pada baterai dan aki merupakan contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik.
e. Energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor
Perubahan energi listrik menjadi energi cahaya dan kalor terjadi pada berpijarnya bohlam lampu.
Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa energi cahaya biasanya disertai bentuk energi lainnya, misalnya kalor.
Coba dekatkan tanganmu ke bohlam lampu yang berpijar! Lama kelamaan tanganmu akan merasa semakin panas.
f. Energi cahaya menjadi energi kimia
Perubahan energi cahaya menjadi energi kimia dapat kita amati pada proses pemotretan hingga terbentuknya foto.

Hukum Kekekalan Energi

Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapi energi totalnya tetap. Dengan kata lain, energi adalah kekal.Fakta ini dikenal sebagai hukum alam. Sesuai hukum kekekalan energi, energi dapat berubah bentuk, tetapi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan pada kondisi biasa. Hukum ini berlaku untuk sistem tertutup, yakni energi tidak memasuki atau meninggalkan sistem itu.

 Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik.

 Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik selalu tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial dan energi kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Usaha

Usaha adalah suatu kegiatan yang menggunakan energi untuk memindahkan suatu benda, dari suatu tempat ke tempat lain.
Rumus:

Keterangan:

• W = usaha (newton meter = joule)
• F = gaya (newton)
• s = perpindahan (jarak) ---> (meter)

Keterangan tambahan:

• 1 N = 10⁵ dyne
• 1 m = 10² cm
• 1 Nm = 10⁷ dyne cm
• 1 J = 10⁷ erg
• Nm = J
• dyne cm = erg

Contoh soal

• Berapakah usaha yang dilakukan pada gaya 55 Newton apabila menempuh jarak 60 dm dalam arah yang sama?

Penyelesaian:

60 dm = 6 m

• Berapakah usaha yang dilakukan untuk mengangkat batu seberat 150 kg setinggi 6 meter? (g = 10 m/s²)

m = 150 kg --->

Pesawat sederhana

Pesawat sederhana adalah suatu alat yang digunakan untuk memudahkan untuk usaha. Jenis-jenis pesawat sederhana:

• Tuas atau pengungkit
• katrol
• bidang miring
• roda bergandar
• sekrup

Tujuan menggunakan pesawat sederhana adalah untuk:
a. Melipatgandakan gaya atau kemampuan kita.
b. Mengubah arah gaya yang kita lakukan.
c. Menempuh jarak yang lebih jauh atau membesarkan kecepatan.

Tuas (pengungkit)

Tuas atau pengungkit adalah alat yang digunakan untuk memindahkan atau mengungkit suatu benda. Tuas berbentuk batang yang keras dan panjang, misalnya batang besi (pipa besi).
Rumus:


Keterangan:

• = berat beban (Newton) --->

• = lengan beban (meter)

• = gaya yang diberikan(Newton) ---> F = kuasa

• = lengan kuasa (meter)

Contoh:

• Sebuah batu yang beratnya 2.000 Newton akan diangkat dengan menggunakan tuas yang jaraknya 5 meter. Jika titik tumpunya berada pada jarak 1 meter dari ujung batang yang mengenai batu, berapakah gaya yang harus diberikan pada ujung satunya supaya seimbang?

Lengan kuasa = 5 - 1 = 4 meter

Keuntungan mekanis

Keuntungan mekanis adalah perbandingan antara beban dan gaya (kuasa) atau perbandingan antara kuasa dengan lengan beban.
Rumus keuntungan mekanis:

PENGUNGKIT (TUAS)

• Pengungkit merupakan tuas paling sederhana. Pengungkit terdiri dari titik tumpu, kuasa, dan beban.
• Titik tumpu adalah tempat bertumpunya suatu benda.
• Kuasa adalah gaya yang bekerja pada tuas.
• Titik kuasa adalah tempat kuasa dilakukan.
• Beban adalah berat benda.
• Berdasarkan posisi kuasa, tumpu, dan beban, pengungkit digolongkan menjadi tiga golongan, yaitu:
a. Golongan pertama
b. Golongan Kedua
c. Golongan Ketiga

Golongan Pertama

pengungkit golongan pertama

• Letak titik tumpu berada diantara beban dan kuasa.
• Keuntungan tuas golongan kedua adalah ringan dalam mengangkat benda berat.
• Linggis, Gunting, Jungkat-jungkit, Palu

Golongan Kedua

pemecah kemiri contoh tuas golongan dua

• Letak beban berada diantara tumpu dan kuasa.
• Keuntungan tuas golongan kedua adalah ringan dalam mengangkat benda berat.
• Pemotong kertas, Pemecah kemiri

Golongan Ketiga

Sendok

• Letak kuasa berada diantara tumpu dan beban.
• Keuntungan tuas golongan ketiga adalah dapat menggerakkan beban yang jaraknya lebih jauh dari titik kuasa.
• Contoh: Sekop

Bidang miring

                                                     Jalan berkolok contoh bidang miring

• Adalah Permukaan datar dengan salah satu ujungnya lebih tinggi daripada ujung yang lain.
• Keuntungan: Gaya yang dibutuhkan untuk memindahkan benda lebih kecil.
• Kelemahan: Untuk melaluinya harus menempuh perjalanannya yang jauh.
• Contoh Linggis, Jalan berkelok-kelok

KATROL

• Adalah suatu roda yang berputar pada porosnya.
• Katrol digunakan untuk mengangkat dan menarik benda.
• Adalah suatu roda yang berputar pada porosnya.
• Katrol digunakan untuk mengangkat dan menarik benda.

KATROL TETAP

Katrol Tetap

Adalah katrol yang tidak berubah. Contoh katrol pada sumur timba.

Katrol bebas

                                Adalah katrol yang posisinya selalu berubah.
• Katrol jenis ini tidak dipasang di tempat tertentu.
• Kuasa yang diperlukan pada katrol bebas untuk mengangkat beban lebih kecil daripada kuasa yang diperlukan katrol tetap.
• Ciri katrol bebas adalah katrol di tempatkan di atas tali dengan beban dikaitkan pada katrol. Salah satu ujunga tali diikat di tempat yang tetap.
• Katrol bebas banyak digunakan pada alat pengangkat peti kemas.

KATROL majemuk

Katrol Majemuk

• Merupakan perpaduan antara katrol tetap dan katrol bebas.
• Ciri katrol majemuk adalah beban dikaitkan pada katrol yang bebas. Salah satu ujung tali diikat pada penopang katrol tetap. Ujung tali yang lain kita tarik.

RODA

• Penggunaan roda saat memindahkan benda sangat mengurangi gaya gesekan. Karena dapat mengurangi gaya gesekan, maka roda dapat menahan gerakan benda.
• Roda termasuk katrol tetap.
• Roda digunakan pada gerobak, sepeda, mobil, dll.

Sumber : www.wikibooks.org

               www.karsonofisika.blogspot.com