Handout Usaha Dan Energi

YAYASAN WIDYA BHAKTISEKOLAH MENENGAH ATAS SANTA ANGELA

TERAKREDITASI AJl. Merdeka No. 24 Bandung 022. 4214714 – Fax. 022. 4222587

http//: www.smasantaangela.sch.id, e-mail : [email protected]

_____________________________________________________________________

HANDOUT FISIKA KELAS XI(UNTUK KALANGAN SENDIRI)

USAHA DAN ENERGI

Page 1 of 12

Petunjuk Belajar :1) Baca dan pelajarilah uraian materi modul ini dengan seksama.2) Perhatikan contoh soal dan penyelesainnya, bila perlu Anda dapat

mengubahnya dengan nilai yang berbeda untuk lebih memahami penyelesainnya.

3) Sangat disarankan, Anda melakukan diskusi dengan teman Anda untuk lebihmemahami konsep yang ada dalam modul ini.

4) Kerjakan evaluasi pada modul ini, kemudian cocokan dengan kunci jawaban yang ada.

5) Selamat Belajar

Standar Kompetensi :Mengkonsepkan hubungan antara usaha, perubahan energi dengan hukum kekalan energi mekanik

Kompetensi Dasar :

1.1. Mendeskripsikan hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan.

1.2. Menghitung besar energi potensial (gravitasi dan pegas) dan energi kinetik.

1.3. Menganalisis hubungan antara usaha dan energi kinetik.

1.4. Menganalisis hubungan antara usaha dengan energi potensial.

1.5. Merumuskan bentuk hukum kekekalan energi mekanik.

1.6. Mendeskripsikan hubungan antara usaha, gaya, dan perpindahan.

USAHA DAN ENERGI

U S A H A

Page 2 of 12

Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya.Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh s, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu

W = F cos .s

W = usaha ; F = gaya ; = perpindahan , = sudut antara gaya dan perpindahan

SATUANBESARAN SATUAN MKS SATUAN CGSUsaha (W) joule ergGaya (F) newton dynePerpindahan (s) meter cm

1 joule = 107 erg

Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar W Berat (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya, atau Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

Page 3 of 12

D A Y A

Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.

P =

P = daya ; W = usaha ; t = waktu

Daya termasuk besaran scalar yang dalam satuan MKS mempunyai satuan watt atau J/s

Satuan lain adalah : 1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt HP = Horse power ; DK = Daya kuda ; PK = Paarden Kracht

1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .106 watt.detik = 3,6 . 106 joule

KONSEP ENERGI

Suatu system dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika system tersebut mempunyai kemampuan untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu system sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh system tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran scalar.

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

ENERGI KINETIK.

Page 4 of 12

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya. Ek = ½ m v2

Ek = Energi kinetik ; m = massa benda ; v = kecepatan bendaSATUAN

BESARAN SATUAN MKS SATUAN CGSEnergi kinetik (Ek) joule ergMassa (m) Kg grKecepatan (v) m/det cm/det

Usaha = perubahan energi kinetik. W = Ek = Ek2 – Ek1

ENERGI POTENSIAL GRAFITASIEnergi potensial grafitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini.

g

h

Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh.Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.

Page 5 of 12

m

Ep = w . h = m . g . h

Ep = Energi potensial , w = berat benda , m = massa benda ; g = percepatan grafitasi ; h = tinggi bendaSATUAN

BESARAN SATUAN MKS SATUAN CGSEnergi Potensial (Ep) joule ergBerat benda (w) newton dyneMassa benda (m) Kg grPercepatan grafitasi (g) m/det2 cm/det2

Tinggi benda (h) m cm

Energi potensial grafitasi tergantung dari :percepatan grafitasi bumikedudukan bendamassa benda

ENERGI POTENSIAL PEGAS.

Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.

Gaya pegas (F) = k . x Ep Pegas (Ep) = ½ k. x2

k = konstanta gaya pegas ; x = regangan

Hubungan usaha dengan Energi Potensial :

W = Ep = Ep1 – Ep2

ENERGI MEKANIKEnergi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda. Em = Ek + Ep

Page 6 of 12

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.Jadi energi itu adalah KEKAL.

Em1 = Em2

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Soal No. 1Sebuah balok ditarik gaya F = 120 N yang membentuk sudut 37o terhadap arah horizontal seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.Jika balok bergeser sejauh 10 m, tentukan usaha yang dilakukan pada balok!

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Soal No. 2Balok bermassa 2 kg berada di atas permukaan yang licin dipercepat dari kondisi diam hingga bergerak dengan percepatan 2 m/s2.

Tentukan usaha yang dilakukan terhadap balok selama 5 sekon!______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Soal No. 3Benda 10 kg hendak digeser melalui permukaan bidang miring yang licin seperti gambar berikut!

Page 7 of 12

Tentukan usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut!______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Soal No. 4Perhatikan grafik gaya (F) terhadap perpindahan (S) berikut ini!

Tentukan besarnya usaha hingga detik ke 12!______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Soal No. 5Sebuah mobil bermassa 5.000 kg sedang bergerak dengan kelajuan 72 km/jam mendekati lampu merah.

Tentukan besar gaya pengereman yang harus dilakukan agar mobil berhenti di lampu merah yang saat itu berjarak 100 meter dari mobil! (72 km/jam = 20 m/s)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Soal No. 6Sebuah tongkat yang panjangnya 40 cm dan tegak di atas permukaan tanah dijatuhi martil 10 kg dari ketinggian 50 cm di atas ujungnya. Bila gaya tahan rata-rata tanah 103 N, maka banyaknya tumbukan martil yang perlu dilakukan

Page 8 of 12

terhadap tongkat agar menjadi rata dengan permukaan tanah adalah....A. 4 kaliB. 5 kaliC. 6 kaliD. 8 kaliE. 10 kali(Soal UMPTN 1998)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Soal No. 7Sebuah balok berada pada sebuah bidang miring dengan koefisien gesekan 0,1 seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok turun ke bawah untuk tinjauan 5 meter.Tentukan:a) gaya-gaya yang bekerja pada balokb) usaha masing-masing gaya pada balokc) usaha totalGunakan g = 10 m/s2, sin 53o = 0,8, cos 53o = 0,6, W (huruf besar) untuk lambang usaha, dan w (kecil) untuk lambang gaya berat.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Page 9 of 12

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Soal No. 8Sebuah balok bermassa 2 kg berada pada sebuah bidang miring kasar seperti diperlihatkan gambar berikut.

Balok didorong ke atas oleh gaya F = 25 N hingga bergeser ke atas untuk tinjauan sejauh 5 meter. Gaya gesek yang terjadi antara balok dengan bidang miring sebesar 3 N. Kemiringan bidang 53° terhadap horizontal.Tentukan beserta tanda positif atau negatifnya:a) usaha oleh gaya Fb) usaha oleh gaya gesekc) usaha oleh gaya beratd) usaha total______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

LATIHAN SOAL.

Page 10 of 12

* Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton. Erapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut.

* Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Arah gaya membentuk sudut 30o dengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

* Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda yang massanya 15 kg (g = 10 m/s2) berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha dan besarnya perubahan energi potensial.* Berapa besar usaha jika sebuah elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?* Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s2)* Berapa besar gaya diperlukan untuk menahan 2 kg benda, tetap 1,5 m di atas lantai dan berapa besar usaha untuk menhan benda tersebut selama 5 detik ( g = 9,8 m/s2)* Untuk menaikkan kedudukan benda yang massanya 200 kg ke tempat x meter lebih tinggi, diperlukan kerja sebesar 10.000 joule. Berapa x ? (g = 9,8 m/s2)* Gaya besarnya 300 newton dapat menggerakkan benda dengan daya 1 HP. Berapa besarnya kecepatan benda.

* Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 1000 kg ?* Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?* Benda yang massanya 2 kg (g = 9,8 m/s2) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda dalam joule dan dalam erg.* Benda massanya 5 kg, jatuh dari ketinggian 3 m di atas tanah ( g = 9,8 m/s2) Berapa energi kinetik benda pada saat mencapai tanah ?

* Benda massanya m kg bergerak di atas papan kasar dengan kecepatan 10 m/s. Jika besarnya koefisien gesekan 0,25. Hitunglah waktu dan jarak yang ditempuh benda setelah benda berhenti (g = 10 m/s2)

Page 11 of 12

* Sebuah bom yang massanya m kg ditembakkan dengan kecepatan 600 m/s oleh meriam yang panjangnya 6 m. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk menembakkan bom tersebut ?* Gaya besarnya 80 newton bekerja pada benda massanya 50 kg. Arah gaya membentuk sudut 30o dengan horizontal. Hitung kecepatan benda setelah berpindah sejauh 10 m.

GLOSARIUMUsaha adalah hasil kali resultan gaya dengan perpindahan, dirumuskan

sebagai berikut:Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda bergerak, dirumuskan

sebagai berikut:Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya,

dirumuskan sebagai berikut:Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi mekanik, dirumuskan sebagai berikut:

Referensiwww.fisikastudycenter.comhttp://adiwarsito.wordpress.comAkselerasi fisika kelas XI Bob Foster, Penerbit DutaBse fisika kelas XI sri handayaniFISIKA KELAS XI Drs. Pristiadi Utomo, M.Pd

Page 12 of 12