MENERAPKAN KONSEP USAHA / DAYA DAN ENERGI
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MENERAPKANKONSEP USAHA /DAYA DAN ENERGI
MENERAPKANKONSEP USAHA /DAYA DAN ENERGI
Adaptif
Menguasai Konsep Usaha/Daya dan Energi
Indikator :
1. Konsep usaha sebagai hasil kali gaya dan perpindahan dibuktikan melalui persamaan matematis.
Adaptif
Menguasai Konsep Usaha/Daya dan Energi
Indikator :
2. Usaha yang dilakukan sama dengan perubahan energi kinetik pada benda dihitung dengan menggunakan rumus.
Adaptif
Menguasai Konsep Usaha/Daya dan Energi
Indikator :
3. Energi potensial gravitasi dan energi potensial listrik dibandingkan secara kuantitatif.
Adaptif
USAHA
Dalam fisika, kata usaha memiliki pengertian yang berbeda dengan pengertian dalam kehidupan sehari-hari.
Dalam kehidupan sehari-hari, usaha diartikan sebagai segala sesuatu yang dikerjakan manusia.
Adaptif
Sedangkan dalam fisika, usaha didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berpindah.
Adaptif
1. Usaha oleh Gaya yang Searah dengan Perpindahannya
Pada Gambar 4.1, terlihat seseorang sedang menarik kotak dengan gaya konstan F yang menyebabkan kotak berpindah sejauh s.
Adaptif
dengan
F =
s =
W =
gaya
(N)
perpindahan(m)
(N.m = joule)usaha
Secara matematis, usaha yang dilakukan orang tersebut adalah :
Adaptif
Contoh soal :
Sebuah benda dengan massa 10 kg berada diatas lantai yang licin. Benda ditarik oleh sebuah mobil derek dengan gaya sebesar F= 25 N, sehingga benda bergeser sejauh 4m. Berapakah besarnya usaha yang dilakukan gaya F pada benda?
Adaptif
Diketahui: m = 10 kgF = 25 N
Ditanya:
Jawab:
s = 4m
W = …?
W = F . s
= 25 N . 4 m
= 100 N.m
100 JouleW =
Adaptif
Latihan
1. Sebuah troli dengan massa 4 kg berada diatas lantai yang licin. Troli ditarik dengan gaya sebesar F= 16 N sehingga bergeser sejauh 5 m. Berapakah besarnya usaha yang dilakukan gaya F pada benda?
2. Seorang anak mendorong mobil-mobilan yang dinaiki temannya sejauh 20 m dengan kecepatan 0,6 m/s. Jika massa mobil-mobilan 15 kg dan massa anak yang menaikinya 20 kg, tentukan usaha anak yang mendorong mobil-mobilan tersebut.
Adaptif
2. Usaha oleh Gaya yang Membentuk Sudut terhadap Perpindahan
Pada Gambar 4.2, terlihat seseorang sedang menarik koper dengan membentuk sudut θ terhadap arah horizontal.
Adaptif
dengan
F =
s =
W =
gaya
(N)
perpindahan(m)
(N.m = joule)usaha
Secara matematis, usaha yang dilakukan orang tersebut adalah :
θ = sudut antara gaya dengan perpindahan
Adaptif
Contoh soal:
Untuk menarik sebuah koper beserta isinya seperti pada Gambar 4.3 diperlukan gaya sebesar 22 N. Berapakah usaha yang diberikan oleh gaya itu, jika sudut antara gaya dengan perpindahan 60o dan balok bergeser sejauh 3 m?
Adaptif
Diketahui: F = 22 Nθ = 60o
Ditanya:
Jawab:
s = 3 m
W = …?
W = F s cos θ = 22 N . 3 m . Cos 60o
= 66 . 0,5 N.m
33 N.mW = = 33 Joule
Adaptif
Latihan
1. Seorang anak menarik mobil mainan menggunakan tali dengan gaya sebesar 20 N. Tali tersebut membentuk sudut 60o terhadap permukaan tanah dan besar gaya gesekan tanah dengan roda mobil mainan adalah 2 N. Jika mobil mainan berpindah sejauh 10 meter, berapakah usaha total?
Adaptif
2. Untuk menarik sebuah koper beserta isinya seperti pada Gambar diperlukan gaya sebesar 22 N. Berapakah sudut yang harus diberikan agar balok bergeser sejauh 3 m jika usaha yang diberikan oleh gaya itu sebesar 33 joule?
Adaptif
TEOREMA USAHA DAN ENERGI
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha. Suatu benda dikatakan memiliki energi jika benda tersebut dapat melakukan usaha.
Misalnya kendaraan dapat mengangkat barang karena memiliki energi yang diperoleh dari bahan bakar.
Adaptif
Keberadaan energi bersifat kekal, sesuai dengan pernyataan Hukum Kekekalan Energi yang berbunyi :“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”.
Energi hanya mengalami perubahan bentuk dari bentuk satu menjadi bentuk lain. Misalnya, energi bahan bakar berubah menjadi energi kinetik yang dimiliki yang dimiliki kendaraan.
Adaptif
1. Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya.
Jadi hanya benda bergerak yang memiliki energi kinetik.
Adaptif
Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya. Secara matematika ditulis sebagai berikut:
2..2
1vmEk
dengan,
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
Ek = Energi kinetik (joule)
Adaptif
Berdasarkan Hukum II Newton, diketahui bahwa percepatan berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan massa.
Maka usaha yang dilakukan pada benda adalah
jikadengan,F = gaya (N)s = perpindahan (s)m = massa benda (kg)
maka
a = percepatan benda (m/s2)W = Usaha (joule)
Adaptif
Jika gaya F bekerja pada benda, benda tersebut akan bergerak berubah beraturan (GLBB), sehingga berlaku
atau
dengan,V0 = kecepatan awal benda (m/s)Vt = kecepatan akhir benda (m/s)a = percepatan benda (m/s2)s = perpindahan (s)
Adaptif
Sehingga persamaan usaha pada benda menjadi
Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi kinetik, yaitu
Adaptif
Contoh soal:
Berapa usaha yang diperlukan seorang pelari cepat dengan massa 74 kg untuk mencapai kecepatan 2,2 m/s dari keadaan diam?
Diketahui: m = 74 kgVt = 2,2 m/s
Ditanya:
Jawab:
0W = …?
V0 =
Adaptif
Latihan
Sebuah truk bergerak dengan kecepatan 30 m/s dan memiliki energi kinetik 18.105 Joule. Tentukan :a. massa trukb. jika kecepatannya diubah menjadi dua kalinya, menjadi berapa kalikah energi kinetiknya?
Adaptif
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gaya pada benda sama dengan perubahan energi kinetik partikel.
Persamaan di atas dikenal dengan teorema Usaha-Energi.
Adaptif
2. Energi Potensial
Energi potensial merupakan energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya atau keberadaannya.
Benda yang memiliki kedudukan di atas permukaan bumi, dikatakan bahwa benda tersebut memiliki energi potensial gravitasi.
Jika suatu benda yang ditegangkan, ditekan atau ditarik maka benda itu akan memiliki energi potensial pegas.
Adaptif
Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempat kedudukannya (ketinggian).
a. Energi Potensial Gravitasi
dengan,m = massa benda (kg)g = percepatan gravitasi (m/s2)h = tinggi benda (m)Ep = energi potensial gravitasi (Joule)
Adaptif
Misalnya, usaha untuk mendarat sebuah Helikopter dari suatu ketinggian sampai ke permukaan tanah adalah.
Adaptif
Energi potensial dinyatakan dengan
Dengan demikian, didapat hubungan usaha dan energi potensial.
Jadi, perlakuan oleh gaya pada benda sama dengan perbahan energi potensial.
Adaptif
dengan,
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
ht = tinggi akhir benda (m)
Ep = energi potensial gravitasi (Joule)
h0 = tinggi awal benda (m)
s = perpindahan (m)F = gaya (N)
W = usaha (Joule)
Adaptif
Contoh soal:
g
h
m
Benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m di atas tanah. Tentukan usaha yang dilakukan gaya berat benda tersebut pada saat mencapai tanah.
Adaptif
Diketahui: m = 2 kgh0 = 0
Ditanya:
Jawab:
W = …?
W = m . g . (ht – h0)
= 2 . 10 . (20 – 0)
= 20 . 20
400 jouleW =
ht = 20 m g = 10 m/s2
Adaptif
Latihan
Sebuah benda A massa 5 kg berada di atas sebuah gedung dengan ketinggian 20 m diatas tanah, sedangkan benda B berada 4 m dibawahnya tampak seperti pada gambar. Jika massa benda A adalah 0,5 kali massa B, maka tentukanlah besarnya selisih energi potensial dari kedua benda itu.
20 m
4 m
A
B
Adaptif
Ketika bahan elastis diberi regangan maka pada bahan tersebut akan timbul energi potensial.
b. Energi Potensial Pegas
Misalnya, karet atau pegas yang direntangkan akan memiliki energi potensial. Jika gaya yang diberikan dihilangkan, energi potensial pegas akan berubah menjadi energi kinetik. Sifat pegas ini dimanfaatkan dalam shockbreaker dan busur panah.
Adaptif
Energi potensial yang dimiliki pegas atau benda elastis besarnya berbanding lurus dengan konstanta pegas k dan kuadrat simpangannya. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut
dengan,k = konstanta pegas (N/m)Δx = simpangan (m)Ep = energi potensial pegas (Joule)
Adaptif
Persamaan di atas diperoleh dari hasil penurunan persamaan gaya pegas yang dirumuskan oleh Hooke.
Besarnya usaha yang diperlukan untuk meregangkan pegas adalah sama dengan keadaan energi potensial akhir dikurangi keadaan energi potensial awal dari pegas
atau
Adaptif
Untuk keadaan awal Δx1 = 0, energi potensial awal Epawal = 0, sehingga usaha untuk meregangkan pegas dari keadaan awal adalah
Adaptif
Contoh soal:
Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 2.102 N/m. Jika pegas tersebut ditarik hingga bertambah panjang 20 mm, berapa besar energi potensial pegas sebelum dilepaskan?
Adaptif
Diketahui: K = 2.102 N/mΔx = 20 mm = 2.10-2 m
Ditanya:
Jawab:
Ep = …?
Adaptif
Latihan
Sebuah pegas diberi gaya 20 N sehingga mengalami pertambahan panjang 10 cm. Tentukan :a.Konstanta pegas.b.Energi potensial yang dimiliki pegas jika diberi gaya 30 N
Adaptif
Menguasai Hukum Kekekalan Energi
IndikatorHukum kekekalan energi mekanik pada
gerak benda di bawah medan gaya konservatif dirumuskan secara matematis.
Penerapan konservasi energi diuraikan secara kuantitatif dan kualitatif.
Adaptif
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
Sebelumnya sudah dikemukakan bahwa energi di alam ini tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan.
Akan tetapi, energi hanya berubah bentuk.
Jika gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda bersifat konservatif maka total usaha yang dilakukan sampai kembali kekedudukan semula (satu siklus) adalah nol, atau energi yang dimiliki benda tetap.
Adaptif
Sebuah benda massanya m bergerak vertikal ke atas, pada ketinggian benda h1 kecepatannya v1, setelah ketinggian benda mencapai h2 kecepatannya v2.
Jika gaya gesekan benda dengan udara diabaikan, akan memenuhi hukum kekekalan energi mekanik.
Adaptif
Usaha yang dilakukan pada benda sama dengan negatif perubahan energi potensial
Usaha yang dilakukan pada benda sama dengan perubahan energi kinetik
Adaptif
Dari kedua persamaan di atas, diperoleh:
atau dapat ditulis sebagai berikut:
Adaptif
Jumlah energi potensial dengan energi kinetik disebut energi mekanik (Em). Oleh karena itu, persamaan di atas dinamakan hukum kekekalan energi mekanik (Em)
Dari rumus tersebut didapat bahwa jumlah energi kinetik dan energi potensial suatu benda bernilai tetap jika gaya-gaya yang bekerja pada benda bersifat konservatif.
Adaptif
Contoh soal:
Sebuah benda meluncur tanpa gesekan pada lintasan seperti pada Gambar. Benda tersebut dilepas pada ketinggian h=4R, dengan R=1 m. Berapa kecepatannya pada titik A?
Adaptif
Diketahui: hB = 4R,hA = 2R = 2
Ditanya:
Jawab:
VA = …?
Jika R=1 maka hB = 4
mA = mA = mVB = 0 g = 10 m/s2
Adaptif
Adaptif
Latihan
1. Sebuah balok bermassa 500 g bergerak pada permukaan datar licin dengan kecepatan 2 m/s, menumbuk sebuah pegas yang salah satu ujungnya terikat pada sebuah tembok (lihat Gambar). Apabika pegas memiliki kekakuan (tetapan pegas ) k= 200 N/m, berapakah perubahan panjang pegas ketika benda berhenti.
Adaptif
2. Sebuah balok massa 1 kg terletak pada ujung sebuah pegas diam (dalam keadaan setimbang) yang diletakkan vertikal diatas lantai. Apabila pegas memiliki tetapan 400 N/m, berapakah perubahan panjang yang terjadi pada pegas ketika balok dilepaskan dan mengenai ujung pegas.
Adaptif
Menghitung Usaha/Daya dan Energi
Indikator
usaha, energi dan daya dihitung ke dalam persamaan matematis.
Usaha, energi dan daya disintisis ke dalam persamaan matematis.
Adaptif
Daya
Dua orang anak A dan B dapat memindahkan meja sejauh 5 m. akan tetapi dalam memindahkan meja itu si A dapat melakukannya lebih cepat daripada si B.
Dapat dikatakan bahwa daya si A lebih besar daripada daya si B.
Adaptif
Jadi, daya adalah kecepatan melakukan usaha atau daya per satuan waktu.
Dinyatakan dengan persamaan :
dengan,
P = daya (J/s = watt)t = waktu (s)
W = usaha (J)
Adaptif
Satuan lain daya yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah
hp = Horse power; DK = daya kuda; PK = Paarden Krachtdengan1 hp = 1 DK = 1 PK = 746 watt
Adaptif
Dari rumusan daya, dapat disimpulkan bahwa daya, jika dikalikan satuan waktu, s, menghasilkan satuan watt.s atau J yang merupakan satuan energi . Dari sini muncul satuan energi yang dikaitkan dengan pemakaian energi listrik sehari-hari yaitu kwh.
1 kwh (kilo watt hour= kilo watt jam) dengan demikian adalah sama dengan 103x 3600 watt s = 3,6 . 106 J
Adaptif
Contoh soal:
Sebuah mesin menghasilkan daya 2.000 watt, berapakah kerja yang dihasilkan oleh mesin itu selama 1 jam?
Diketahu:
Ditanya : W = …?
Jawab : W = p . t
t = 1 jam = 3.600 sP = 2.000 watt
W = 2000 w . 3600 sW = 7.200.000 w.s
W = 7.200.000 Joule
Adaptif
Latihan
1. Air terjun setinggi 10 m mampu mengalirkan air sebanyak 10 m3 dalam 1 detiknya. Air tersebut digunakan untuk memutar sebuah kincir yang dihubungkan dengan sebuah generator. Apabila g = 10 m/s2, berapakah besarnya energi yang diterima generator setiap sekon?
Adaptif
2. Sebuah mobil Ferrari yang massanya 300 kg dijalankan dari keadaan diam dengan percepatan 3 m/s2 selama 10s. Berapakah daya mesin mobil untuk bergerak dalam waktu itu?
Related Documents
