Bahan ajar fisika usaha, perubahan energi dan hukum kekekalan energi

KOMPETENSI MENU UTAMA

PENDAHULUAN

INDIKATOR

MATERI

EVALUASI

.

BAHAN AJARFISIKA KELAS XI SEMESTER SATU

PENDAHULUANJUDUL

OLEH; FERY MAWU,S.PdSMA KATOLIK REXMUNDI

MANADO

. STANDART KOMPETENSI

Menganalisis gejala alam dan keteraturannya dalam cakupan

mekanika benda titik

KOMPETENSI DASAR

Menganalisis hubungan antara usaha,perubahan energi dengan hukum

kekekalan energi mekanik

INDIKATOR1. Menghitung usaha yang dilakukan oleh berbagai

gaya pada suatu benda.2.Menghitung besar energi potensial (gravitasi ),

dan energi kinetik  3.Menganalisis hubungan antara usaha dan energi

kinetik

4.Menganalisis hubungan antara usaha dan energi potensial

5.Menemukan bentuk hukum kekekalan energi mekanik

USAHAUsaha yang dilakukan oleh gaya konstan

didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya yang searah perpindahan dengan besar perpindahan yang dihasilkannya.

Secara matematis dapat ditulis… F =gaya konstan

(N)Δx =Perpindahan (m)W =Usaha (J)

W=F.Δx

Jika balok tersebutditarik dengan gaya F dan berpindah sejauh s, maka besar usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah…karena Fx=F cos Ө, maka

dengan :Ө = sudut antara F dan Fx (sumbu x)0 ≤Ө≤ 1800 adalah sudut terkecil antara F dan Fx

W=Fx.sW =F s cos

Ө

1. 1 joule = 1 newton meter (1 Nm)

2. 1 kJ = 1000 Joule 3. 1 MJ = 1000000

Joule4. 1 erg = 10-7 Joule5. 1 kalori = 4,2 Joule

Usaha oleh gaya yang membentuk sudut sembarang terhadap perpindahan.

Ѳ

FX

FFy

Y

X

Menghitung usaha dari grafik F-x

Perhatikan grafik di bawah ini F

F

0 Δx x x1 x2

Usaha (w)=Luas persegi panjang

=panjang x lebar =FΔx = F (x2 –

x1 )

ENERGIEnergi KinetikPerhatikan gambar di bawah ini

F vo

v

Δx posisi awal posisi akhir

Membuktikan Besar Energi KinetikEk = ½ mv2

Dari gambar di atasSebuah benda bermassa m yang diam diatas

permukaan bidang yang licin (tanpa gesekan).ketika gaya F selama benda menempuh jarak Δx, benda akan bergerak dengan percepatan tetap (a) sampai mencapai kecepatan akhir (v). Usaha yang dilakukan pada benda W = FΔx seluruhya akan di ubah menjadi energi kinetik benda pada keadaan akhir.

Jadi Ek = W atau Ek = FΔx

Gunakan persamaan kecepatan dari GlbbV = Vo + at karena Vo = 0, makaV = 0 + at = at V = at……………….(*)Selanjutnya gunakan persamaan perpindahan GLBBS = Δx = Vo.t + 1/2at2 karena Vo = 0, makaΔx = 1/2at2………………………(**)Selanjutnya subtitusi v dari persamaan (*) ke (**)Maka akan diperolehΔx = 1/2 att = ½ vt…………………………..(***)Selanjutnya subtitusi Δx ke persamaan Ek = FΔxEk = F 1/2vt………………………………………(****)

Gunakan persamaan kecepatan dari GlbbV = Vo + at karena Vo = 0, makaV = 0 + at = at V = at……………….(*)Selanjutnya gunakan persamaan perpindahan GLBBS = Δx = Vo.t + 1/2at2 karena Vo = 0, makaΔx = 1/2at2………………………(**)Selanjutnya subtitusi v dari persamaan (*) ke (**)Maka akan diperolehΔx = 1/2 att = ½ vt…………………………..(***)Selanjutnya subtitusi Δx ke persamaan Ek = FΔxEk = F 1/2vt………………………………………(****)

Gunakan persamaan kecepatan dari GlbbV = Vo + at karena Vo = 0, makaV = 0 + at = at V = at……………….(*)Selanjutnya gunakan persamaan perpindahan GLBBS = Δx = Vo.t + 1/2at2 karena Vo = 0, makaΔx = 1/2at2………………………(**)Selanjutnya subtitusi v dari persamaan (*) ke (**)Maka akan diperolehΔx = 1/2 att = ½ vt…………………………..(***)Selanjutnya subtitusi Δx ke persamaan Ek = FΔxEk = F 1/2vt………………………………………(****)

Masukkan persamaan hukum Newton II ke persamaan (****) akan di peroleh

Ek = 1/2mavt = 1/2mvv at = v

Ek = 1/2mv2

Dengan :m=massa benda (kg)V=kecepatan benda (ms-1)Ek=energi kinetik (J)

Teorema Usaha Energi. Posisi awal posisi akhir F v1 v2

ΔxGaya konstan F akan mempercepat benda sesuaidengan hukum Newto II F = ma………….

(*)Jika kedua ruas persamaan di kalikan denganPerpindahan (Δx), maka pada ruas kiri akan tampilUsaha yang melakukan gaya pada benda.

FΔx = m (aΔx)…………….(**)Hasil kali aΔx berkaitan dengan kecepatan awal

dan kecepatan akhir sesuai prsamaan GLBBV2

2 = v12 + 2aΔx

V22 – v1

2 = 2aΔx V2

2 – v12

= aΔx…………………(***) 2Jika aΔx pada (***) di subtitusikan pada (**),

maka

v22 – v1

2 FΔx = m 2

FΔx = ½ mv22 – ½ mv1

2 Karena Ek = ½ mv2, makaFΔx = Ek2 – Ek1denganFΔx = Wtot (usaha total oleh gaya

resultan)Ek2 = energi kinetik akhirEk1 = energi kinetik awal

Persamaan tersebut dikatakan sebagai Teorema Usaha dan Energi

Wtot = ΔEk = Ek2 – Ek1Teorema ini menyatkan bahwa usaha yag

dilakukan oleh gaya resultan yang ekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda itu,yaitu energi kinetik akhir di kurangi energi kintik awal.

EVALUASIPerhatikan gambar di bawah ini

y F Fy Fx x

Jika besar gaya luar F=5N,massa benda 1 kg, dankoefisien gesekan kinetis antara balok dan alasnya 0,2

370

1.Usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah.... A. 12 Joule

B. 13 Joule

C. 14 Joule

D. 15 Joule

E. 16 Joule

SOLUSI

.

BENABENARR

SALASALAHH

COBA LAGI

Penyelesaian y N Fy F

Fx x w=mg = 1.10 = 10 N Fx=F cos Ѳ = 5 cos 37 = 5 . 0,8 = 4NFy=F sin Ѳ = 5 sin 37 = 5 . 0,6 = 3N

370

a).∑Fy=0------------ N+Fy-w = 0N = w - Fy = 10 - 3 = 7 N

b).f = μk.N = 0,2 . 7 = 1,4 Nc).W=∑F.∆x = (F-f)∆x = (4 – 1,4 ) 5 = 2,6 . 5

= 13 Joule.

Latihan soal2.Energi kenetik seekor nyamuk bermassa

0,75 mg yang sedang terbang dengan kelajuan 40 cm/s

adalah.......

B.1,5 x 10-4 J

C.1,6 x 10-

4 J

D.1,7 x 10-

4 JA.1,4 x 10-4 J

E.1,8 x 10-4 J

solusi

.

BENABENARR

SALASALAHH

SOLUSIDik.m=0,75 mg = 0,75 x 10-3 kg v = 40 cm/s = 40 x 10-2 m/s = 4

x 10-1mDit.Ek=........?PenyelasaianEk=1/2 mv2= 1/2. 0,75 x 10-3 .4 x 10-

1 = 1,5 x 10-4 J

Latihan soal3.Benda bermassa 0,2 kg diam di atas lantai

yang licin.Pada benda itu dikerjakan gaya 3N membentuk sudut 600 terhadap lantai.Kelajuan benda itu setelah bergerak sejauh 30 cm adalah....

A. 1 m/sB. 2 m/sC. 3 m/s

E. 5 m/s

D. 4 m/s

SOLUSI

.

BENABENARR

SALASALAHH

solusiDik.F=3N ; Ѳ=600 ; ∆x = 30 cm = 0,3 m ;

m = 0,2 kgDit.vak = v2 = ..........? v1 = 0

(diam)PenyelesaianW=1/2 m(v2

2-v12)

F∆x = ½ m (v22-v1

2)3.0,3 = ½ 0,2 (v22-0)

0,9 = 0,1 v22

V22 = 0,9 / 0,1 = 9

V2 = 3 m/s

TERIMAH KASIH ATAS PERHATIAN

PENUTUP

By. FERRY MAWU SMA KATOLIK REXMUNDI

MANADO

SAMPAI JUMPA

DAFTAR PUSTAKA1.FISIKA KALAS XI MARTEN KANGINAN (ERLANGGA)2.FISIKA KELAS XI KAMAJAYA (GRAVINDO)