Usaha dan Energi

Pada kesempatan kali ini saya akan membagikan beberapa pengetahuan kepada teman-teman semua mengenai energi dan usaha.

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya pada suatu benda adalah hasil kali gaya tersebut dengan perpindahan titik dimana gaya itu bekerja.

W = F . s

Keterangan :
W = usaha (J)
F  = gaya (N)
s   = jarak/perpindahan (m)

Dengan kata lain kalau digambarkan antara usaha dan perpindahannya harus sejajar.

Kalau gaya yang kita kerjakan apakah akan membentuk sudut tertentu terhadap perpindahannya?

Kita uraikan saja gaya tersebut berdasarkan sudut yang terbentuk dan gaya yang kita gunakan adalah hasil peruraian yang sejajar dengan arah perpindahannya.

Sebagai contoh gambar diatas, yakni sebuah balok yang bergerak sejajar bidang horizontal (mendatar) karena dikenai suatu gaya yang membentuk sudut tertentu terhadap bidang datar (θ). maka gaya yang kita gunakan adalah hasil peruraian gaya tersebut yang sejajar dengan bidang datar.

W = F . s . COS Ɵ

→ jika benda diberi gaya (F) tetapi tidak bergerak (s = 0) maka usahanya = 0

→ jika benda diberi gaya (F) yang tegak lurus dengan arah perpindahannya maka usahanya = 0

→ jika benda diberi gaya (F) dan arah perpindahannya berlawanan dengan arah gayanya maka usahanya bernilai negatif ( W = – F.s )

Segala bentuk gaya, baik itu gaya gravitasi (berat benda), gaya gesek, gaya pegas, gaya listrik, gaya coloumb dll, yang menyebabkan suatu benda berpindah tempat berarti mempunyai usaha.

Energi Potensial Gravitasi

EP = m . g . h

W = Δ EP = m . g (h2 – h1)

Keterangan :
Ep   = energi potensial (J)
m     = massa benda (kg)
h      = ketinggian (m)
∆Ep = perubahan energi potensial (J)

Energi Kinetik

Keterangan :
Ek   = energi kinetik (J)
v      = kecepatan benda (m/v)
∆Ek = perubahan energi kinetik (J)

Untuk mencari usaha karena perubahan energi kinetik pada bagian perubahan kecepatan harus dikuadratkan terlebih dahulu lalu diselisihkan, jangan terbalik diselisihkan lalu dikuadratkan.

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Pada suatu sistem yang hanya dipengaruhi gaya berat (F = m.g) dan tidak ada gaya lainnya yang bekerja, maka berlaku “Hukum Kekekalan Energi Mekanik“.

Besarnya energi mekanik total sistem pada semua posisi/kedudukan benda bernilai tetap.

Energi mekanik merupakan gabungan energi potensial benda (Ep) dan Energi kinetiknya (Ek).

EM = EP + EK

EM1 = EM2

  • Pada ketinggian maksimum (hmaks) kecepatannya = 0 m/s maka energi kinetiknya juga = 0 J. berlaku hubungan :
  • Pada saat benda akan menyentuh tanah maka ketinggiannya = 0 m maka energi potensialnya juga = 0 J. berlaku hubungan :

Maka kecepatan benda saat menyentuh tanah dapat dihitung dengan :


Contoh :

Pada saat ketinggian benda setengah ketinggian mula-mula berapakah besar kecepatan benda ?

Ingat saat ketinggian mula-mula benda belum bergerak sehingga energi kinetiknya = 0

m.g.h1 + ½.mv12 = m.g.h2 + ½.mv22

m.g.h + 0 = m.g.½h +  ½.mv22

m.g.h –½.m.g.h  =  ½.mv22

½.mv22 = ½.m.g.h

Daya dan Efisiensi 

Daya
Daya adalah besarnya usaha atau energi tiap satuan waktu.


keterangan :
P    = daya (W)
W  = usaha (J)
E    = energi (J)
t     = waktu (s)
s     = jarak/perpindahan (m)
v    = s/t = kecepatan (m/s)

Efisiensi (daya guna)
Tidak semua daya yang diberikan ke suatu sistem (P masukan) diubah menjadi daya yang dihasilkan sistem tersebut (P keluaran).

Perbedaan P masukan dan P keluaran disebabkan oleh daya yang diberikan kepada suatu sistem tidak semuanya diubah menjadi bentuk daya yang kita butuhkan.

Sebagai contoh, daya listrik yang digunakan untuk menyalakan lampu tidak semuanya diubah menjadi energi cahaya, ada sebagian daya listrik yang berubah menjadi panas.

Besarnya efisiensi biasanya dinyatakan dalam persen :

Dalam pengerjaan soal bentuk persen ini harus diubah terlebih dahulu menjadi dalam bentuk pecahan atau desimal.

Contoh Perubahan Energi

a. Energi Potensial menjadi Energi Kinetik

Jika kita menjatuhkan benda dari ketinggian tertentu maka akan terjadi perubahan energi potensial pada titik tertinggi menjadi energi kinetik seluruhnya pada titik terendah (saat benda hampir menyentuh permukaan tanah).

Maka terdapat hubungan kecepatan benda saat menyentuh tanah dapat dihitung dengan :

b. Energi Potensial Berubah Menjadi Energi Kalor

Benda jatuh dari ketinggian tertentu, saat menumbuk tanah sebagian energi potensialnya akan berubah menjadi kalor.

Keterangan :
∆T = perubahan suhu ( 0K )
c    = kalor jenis
g    = percepatan gravitasi ( m/v2 )

c. Energi Potensial Menjadi Energi Listrik 

Air terjun ada yang dimanfaatkan menjadi sumber energi listrik.
Proses ini menggunakan alat yang disebut generator.
Generator merubah sebagian energi potensial air terjun menjadi energi listrik.

Keterangan :
P   = daya listrik ( W )
V  = tegangan atau beda potensial ( V )
I    = arus listrik ( A )
t    = waktu ( s )

Demikianlah informasi yang dapat saya berikan kepada teman-teman semua mengenai materi usaha dan energi.

Semoga dapat menambah pengetahuan semua yang membaca tentang usaha dan energi dan jangan lupa untuk membaca artikel-artikel saya lainnya.


Related Post to Usaha dan Energi