Usaha dan Energi

USAHA DAN ENERGI
Disusun oleh:
Gema Taufik Habibie
XI IPA 8/21

SMA NEGERI 5 SEMARANG
2
Usaha dan Energi XI IPA

USAHA DAN ENERGI
A.USAHA
Dalam kehidupan sehari-hari kata usaha mempunyai arti sangat luas, misalnya: usaha
seorang anak untuk menjadi pandai, usaha seorang pedagang untuk memperoleh laba yang
banyak, usaha seorang montir untuk memperbaiki mesin dan sebagainya. Jadi dapat
disimpulkan usaha adalah segala kegiatan yang dilakukan untuk mencapai tujuan.
Dalam ilmu fisika, usaha mempunyai arti, jika sebuah benda berpindah tempat sejauh d
karena pengaruh F yang searah dengan perpindahannya 4.1), maka usaha yang dilakukan
sama dengan hasil kali antara gaya dan perpindahannya, secara matematis dapat ditulis
sebagai berikut:
W = F.d
Jika gaya yang bekerja membuat
sudut terhadap perpindahannya
usaha yang dilakukan adalah hasil kali
komponen gaya yang searah dengan
perpindahan (Fcos alfa)
(Gambar 1.1) dikalikan dengan
perpindahannya (d). Secara matematis dapat
ditulis sebagai berikut:
W = F cos α.d
dengan: W = usaha (joule) F = gaya (N) d = perpindahan (m)
= sudut antara gaya dan perpindahan
Aplikasi Usaha Dalam Kehidupan Kita
1. Mendorong rumah usaha yang sia-sia. Nilai W = 0 N
2. Mendorong mobil mogok, menarik gerobak, memukul orang W ada nilainya.
3. Katrol menggunakan keuntungan mekanis (KM)
4. Bidang miring bergantung pada kemiringan (s)
Dalam kehidupan sehari-hari, kata usaha dapat diartikan sebagai kegiatan dengan
mengerahkan tenaga atau pikiran untuk mencapai tujuan tertentu. Usaha dapat juga dipakai
sebagai pekerjaan untuk mencapai suatu tujuan tertentu.
3

Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap (besar maupun arahnya) didefinisikan sebagai
hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada arah
perpindahan tersebut.
Contohnya: ibaratkan seseorang
menarik kotak pada bidang datar dengan tali
membentuk sudut α terhadap horizontal
,sedangkan gaya F membentuk sudut α
terhadap perpindahan..... dari soal tersebut
menunjukkan gaya tarik pada sebuah benda
yang terletak pada bidang horizontal hingga
benda berpindah sejauh s sepanjang bidang.
Jika gaya tarik tersebut dinyatakan dengan F
maka gaya F membentuk sudut α terhadap arah perpindahan benda.
Dalam konsep Fisika disebut ada usaha
apabila ada resultan gaya tetap dan ada
perpindahan pada arah garis kerja gaya.Sepeda
motor pada gambar tidak melakukan usaha
karena masih statis di tempat, sungguhpun
mesinnya telah dihidupkan. Jika sepeda motor
telah dikendarai menempuh perpindahan dan
selama itu ada resultan gaya tetap
dikatakansepeda motor melakukan usaha. Namun bila dikendarai dengan kelajuan tetap,
sungguhpun ada perpindahan dikatakan sepeda motor tidak melakukan usaha, karena
resultan
gaya bernilai nol atau tidak ada perubahan energi kinetik. Dalam bab ini akan dipahami
tentangusahadanenergi.
Menunjukkan Hubungan Usaha, Gaya dan Perpindahan
1. Usaha Oleh Resultan Gaya Tetap
Ilmuwan menemukan bahwa energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya
melaluitiga cara, yaitu usaha (kerja), kalor (panas), dan radiasi.Usaha/kerja dalam kehidupan
sehari-hari adalah mengerjakan sesuatu. Usaha/kerja dalamfisika diartikan sebagai
mengubah energi. Perubahan energi yang di dalamnya terdapat penerapan gaya itulah yang
disebut usaha atau kerja. Usaha/kerja juga mempunyai satuan joule dalam sistem SI dan
merupakan besaran skalar seperti halnya energi.Dalam setiap gejala fisis, kerja (work )
adalah hasil kali resultan gaya ( force) dan perpindahan ( separation), dapat dirumuskan
sebagai :
4

W = ∑ F . s
Dalam hal ini resultan gaya dianggap selalu bernilai tetap, sehingga usaha yang
dihasilkan adalah usaha yang ditimbulkan oleh gaya tetap.Besar usaha dapat ditentukan
melalui grafik hubungan F – s. Perhatikan grafik berikut ini,sumbu y menunjukkan besar
gaya F dan sumbu x menunjukkan besar perpindahan s.
Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F adalah W = F.s, hal itu setara dengan luas
bidangsegi empat yang dinaungi kurva/garis F. Pada grafik tersebut tampak bahwaW = Luas
bidang.
Usaha dapat bernilai nol bila salah satu atau kedua variabelnya yaitu resultan gaya
dan perpindahan bernilai nol.Sebagai contoh , orang yang mendorong almari yang sangat
berat, tidak melakukan usaha bila almari tidak bergeser, sekuat apapun Ia mendorong.
Gambar 7.1. Orang yang
mendorong benda yang
terlaluberat hingga tidak ada
perpindahan benda yang
didorong,dinyatakan bahwa
usaha
W = 0
Demikian pula pada orang yang mendorong tembok,karena tidak ada perpindahan
atau s = 0 maka dapat dikatakan bahwa usaha W = 0.Usaha juga dapat bernilai nol pada
kasus benda yang bergerak lurus beraturan (GLB).Misalnya sebuah kereta ekspres pada
rentang waktu tertentu mempertahankankecepatannya dengan kelajuan konstan (v =
tetap). Walaupun kereta itu berpindahmenempuh jarak tertentu dikatakan tidak melakukan
usaha (W =0) karena resltan gayanol (∑ F = 0).
Usaha juga dapat bernilai nol apabila tidak ada gaya bekerja pada arah
perpindahan.Misalnya, seorang atlet angkat
besi yang sedang mengangkat beban, karena s
= 0 maka dikatakan usaha yang dilakukan nol
(W = 0).Seorang pedagang asongan di
terminal bus yang berjalan sambil mengangkat
barang dagangan dalam kotak, dikatakan W =
0 karena walaupun perpindahan kotak ada
5

Gambar 7.2. Pedagang asongan menjinjing kotak berisi dagangannya, pada arah
perpindahan kotak dinyatakan bahwa usaha W = 0 namun ∑ F yang searah perpindahan
kotak bernilai 0, artinya hanya berlaku gaya berat ke bawah yang tidak memiliki proyeksi
gaya searah perpindahan kotak.
2. Usaha Oleh Resultan Gaya Tidak Tetap
Usaha yang ditimbulkan oleh gaya yang berubah-ubah dengan arah yang tetap dapat
ditemukan pada kejadian balok yang diikat pada pegas kemudian ditarik ke bawah sejauhx
dan dilepaskan.Pada saat tepat akan dilepaskan usaha pada kedudukan itu adalahW = ½ k x2
Bola akan bergerak keatas sampai pegas memampat maksimum dan akan bergerak
kembali ke arah berlawanan sampai pegas meregang maksimum, begitu seterusnya
Gambar 7.3. Usaha oleh gaya yang berubah
pada sistem balok terikat pada pegas
Besar gaya pada pegas dapat dihitung dengan
hukum Hooke yaitu F = k.yUsaha pada posisi balok
tertentu dapat ditentukan dengan persamaan sebagai
berikut.W = ½ k y2
Dimana k adalah konstanta pegas, sedangkan x adalah simpangan maksimum dan y
adalah pertambahan panjang pegas terhadap kedudukan seimbangnya (pada saat y = 0)
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu,secara matematis
didefinisikan sebagai berikut:
P = w/t
dengan:
P = daya (watt)
W = usaha (joule) t = waktu (s)
Daya termasuk besaran skalar 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 yang setara dengan = 3,6 .106 watt.detik = 3,6 . 106 joule
6

Apabila sesuatu (manusia, hewan, atau mesin) melakukan usaha maka yang
melakukan usaha itu harus mengeluarkan sejumlah energi untuk menghasilkan
perpindahan.NurAzizah (2007:46) menyatakan ”usaha merupakan hasil kali antara gaya
dengan perpindahan yang dialami oleh gaya tadi.Jadi, jika suatu benda diberi gaya namun
benda tidak mengalami perpindahan, maka dikatakan usaha pada benda tersebut
nol”.Sebagai contoh sebuah mesin melakukan usaha ketika mengangkat atau memindahkan
sesuatu. Seseorang yang membawa batu bata ke lantai dua sebuah bangunan telah
melakukan usaha.
Ketika berjalan, otot-otot kaki melakukan usaha. Namun, jika kamu hanya menahan
sebuah benda agar benda tersebut tidak bergerak, itu bukan melakukan usaha. Seseorang
yang sudah menahan sebuah batu besar agar tidak menggelinding ke bawah tidak
melakukan usaha, walaupun orang tersebut telah mengerahkan seluruh kekuatannya untuk
menahan batu tersebut. Jadi, dalam fisika, usaha berkaitan dengan gerak sebuah benda.
Saat kita mendorong atau menarik benda, kita mengeluarkan energi. Usaha yang kita
lakukan tampak pada perpindahan benda itu.
Usaha yang dilakukan oleh gaya konstan (besar maupun arahnya) didefinisikan
sebagai hasil perkalian antara perpindahan titik tangkapnya dengan komponen gaya pada
arah perpindahan tersebut .Untuk memindahkan sebuah benda yang bermassa lebih besar
dan pada jarak yang lebih jauh, diperlukan usaha yang lebih besar pula.Apabila usaha
disimbolkan dengan W, gaya F, dan perpindahan s, maka:
Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai dengan konsep perkalian
titik antara dua buah vektor, maka usaha W merupakan besaran . Bila sudut yang dibentuk
oleh gaya F dengan perpindahan s adalah θ, maka besarnya usaha dapat dituliskan sebagai:
W = (F cos θ).s.Komponen gaya F sin θ dikatakan tidak melakukan usaha sebab tidak ada
perpindahan ke arah komponen itu.
Dari persamaan rumus usaha, dapat dikatakan bahwa usaha yang dilakukan oleh suatu gaya:
a. Berbanding lurus dengan besarnya gaya,
b. Berbanding lurus dengan perpindahan benda,
c. Bergantung pada sudut antara arah gaya dan perpindahan benda.
Jika persamaan rumus usaha kita tinjau lebih seksama, kita mendapatkan beberapa keadaan
yang istimewa yang berhubungan dengan arah gaya dan perpindahan benda yaitu sebagai
berikut:
a. Apabila θ = 00, maka arah gaya sama atau berimpit dengan arah perpindahan
benda dan cos θ = 1, sehingga usaha yang dilakukan oleh gaya F dapat dinyatakan:
W = F . s cos θ
W = F . s . 1
7

b. Apabila θ = 900, maka arah gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan benda
dan cos θ = 0, sehingga W = 0. Jadi, jika gaya F bekerja pada suatu benda dan benda
berpindah dengan arah tegak lurus pada arah gaya, dikatakan bahwa gaya itu tidak
melakukan usaha.
c. Apabila θ = 1800, maka arah gaya F berlawanan dengan arah perpindahan benda
dan nilai cos θ = -1, sehingga W mempunyai nilai negatif. Hal itu dapat diartikan bahwa gaya
atau benda itu tidak melakukan usaha dan benda tidak mengeluarkan energi, tetapi
mendapatkan energi. Sebagai contoh adalah sebuah benda yang dilemparkan vertikal ke
atas. Selama benda bergerak ke atas, arah gaya berat benda berlawanan dengan
perpindahan benda. Hal itu dapat dikatakan bahwa gaya berat benda melakukan usaha yang
negatif.
Contoh lain adalah sebuah benda yang didorong pada permukaan kasar dan benda bergerak
seperti tampak pada Gambar 7.4. Pada benda itu bekerja dua gaya, yaitu gaya F dan gaya
gesekan fk yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan benda.
Gambar 7.4
Jika perpindahan benda sejauh s maka gaya F melakukan usaha: W = F . s, sedangkan gaya
gesekan fk melakukan usaha: W = fk . s
d. Apabila s = 0, maka gaya tidak menyebabkan benda berpindah. Hal itu berarti W = 0. Jadi,
meskipun ada gaya yang bekerja pada suatu benda,namun jika benda itu tidak berpindah
maka, dkatakan bahwa gaya itu tidak melakukan usaha.
3. Satuan Usaha
Dalam SI satuan gaya adalah newton (N) dan satuan perpindahan adalah meter (m).
Sehingga, satuan usaha merupakan hasil perkalian antara satuan gaya dan satuan
perpindahan, yaitu newton meter atau joule. Satuan joule dipilih untuk menghormati James
Presccott Joule (1816 – 1869), seorang ilmuwan Inggris yang terkenal dalam penelitiannya
mengenai konsep panas dan energi.
1 joule = 1 Nm
karena 1 N = 1 Kg . m/s2
maka 1 joule = 1 Kg . m/s2 x 1 m
1 joule = 1 Kg . m2/s2
8

Untuk usaha yang lebih besar, biasanya digunakan satuan kilo joule (kJ) dan mega joule
(MJ).
1 kJ = 1.000 J
1 MJ = 1.000.000 J
4. Menghitung Usaha dari Grafik Gaya dan Perpindahan
Apabila gaya yang bekerja pada suatu benda besar dan arahnya tetap maka grafik
antara F dan perpindahan s merupakan garis lurus yang sejajar dengan sumbu mendatar s.
Usaha: W = luas daerah yang diarsir
Dengan demikian, dari diagram F – s dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh
gaya F sama dengan luas bangun yang dibatasi garis grafik dengan sumbu mendatar s .
5. Usaha yang Dilakukan oleh Beberapa Gaya
Dalam kehidupan nyata hampir tidak pernah kita menemukan kasus pada suatu
benda hanya bekerja sebuah gaya tunggal. Misalnya, ketika Anda menarik sebuah balok
sepanjang lantai. Selain gaya tarik yang Anda berikan, pada balok juga bekerja gaya-gaya
lain seperti: gaya gesekan antara balok dan lantai, gaya hambatan angin, dan gaya normal.
Jadi, usaha yang dilakukan oleh resultan beberapa gaya yang memiliki titik tangkap
sama adalah sama dengan jumlah aljabar usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya.
Jika pada sebuah benda bekerja dua gaya maka usaha yang dilakukan adalah:
W = W1 + W2
Jika terdapat lebih dari dua gaya:
W = W1 + W2 + W3 + ...... + Wn
atau W = ∑Wn
6. Usaha Negatif
Seorang anak mendorong sebuah balok dengan tangannya. Sesuai dengan hukum III
Newton, dapat disimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada balok dan tangan dalam kasus ini
sama besar tetapi berlawanan arah, yaitu FAB = -FBA. Tanda negatif menunjukkan arah yang
berlawanan. Jika usaha oleh tangan pada balok bernilai positif ( karena searah dengan
perpindahan balok), maka usaha oleh balok pada tangan bernilai negatif.
B. ENERGI
9

1.Pengertian Energi
Setiap saat manusia memerlukan energi yang sangat besar untuk menjalankan
kegiatanya sehari hari, baik untuk kegiatan jasmani maupun rohani. Berpikir, bekerja,
belajar dan bernyanyi memerlukan energi yang besar. Kamu membutuhkan berjuta juta
kalori setiap harinya untuk melakukan kegiatan dalam kehidupan sehari hari. Oleh karena
itu, disarankan setiap pagi sebelum berangkat sekolah, kamu harus makan terlebih dahulu.
Dengan demikian tubuhmu cukup energi untuk melakukan kegiatan kegiatan di sekolah dan
untuk menjaga kesehatanmu .
Dari sekilas penjelasan diatas dapat kita simpulkan bahwa energi adalah kemampuan
untuk melakukan sesuatu/ usaha. Dalam satuan energi dalam sistem international adalah
joule.
1 joule = 0,24 kalori.
1 kalori = 4,2 joule
2. Macam – Macam Energi
a. Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial)
b. Energi panas
c. Energi listrik
d. Energi kimia
e. Energi nuklir
f. Energi cahaya
g. Energi suara
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah
perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah
menjadi energi listrik pada air terjun.
Energi yang paling terbesar dibumi adalah matahari. Tuhan telah menciptakan matahari
khusus untuk mensejahterahkan umat manusia. Jarak matahari kebumi yang telah diatur
149.600 juta kilometer memungkinkan energi panas yang diterima manusia di Bumi tidak
membahayakan. Energi panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bumi dan dapat
menghasilkan energi energi yang lain dimuka bumi. Caranya adalah dengan mengubah
energi matahari menjadi energi yang lain, seperti energi kimia, energi listrik, energi bunyi,
dan energi gerak. A. Energi mekanik.
Ketika kamu memperhatikan sebuah mangga
yang bergantung di pohonya, mungkin kamu
mengharapkan buah mangga tersebut jatuh dari
pohonya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh
10

dari pohonya? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonya, buah mangga harus
memiliki energi. Energi apakah itu? Ketika buah mangga
(Gambar 2.1) jatuh, dia bergerak ke bawah sampai mencapai tanah. Energi apakah
yang terkandung ketika buah mangga bergerak jatuh?
Dalam peristiwa tersebut terdapat dua buah jenis energi yang saling mempengaruhi,
yaitu energi yang diakibatkan oleh ketinggian dan energi karena benda bergerak. Energi
akibat perbedaan ketinggian disebut energi potensial gravitasi, sedangkan energi gerak di
sebut energi kinetik.
Energi mekanik adalah penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik. Secara
matematis persamaan energi mekanik dapat dituliskan sebagai berikut :
Em = Ep + Ek
dengan
Em = Energi mekanik (J)
Ep = Energi Potensial ( J)
Ek = Energi Kinetik (J)
2.1. Energi Kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Suatu ketika
ada seseorang pelaut malang yang terdampar dipulau kecil. Dia berpikir hanya dengan tiga
cara dia dapat mencari bantuan. Pertama, dia dapat menerbangkan laying laying dan
berharap ada kapal yang melihat laying laying tersebut. Kedua dia menyimpan pesan dalam
boltol dan membiarkanya mengapung diatas air sampai ada orang yang menemukanya.
Ketiga, dia membuat rakit untuk mencoba pergi dari pulau itu.
Gagasan pelaut itu bergantung pada satu jenis energi yang bekerja, yaitu energi
akibat gerakan angina yang akan membuat layangan
mengapung, botol dapat bergerak dibawa ombak, dan
rakit dapat melaju. Sesuatu yang bergerak, misalnya
angina dan air, memiliki kemampuan yang dapat
digunakan untuk menarik / mendorong sesuatu.
Energi yang dimiliki
Gambar 1.2
oleh benda yang bergerak disebut energi kinetik.
Kamu pun memiliki energi kinetik bila bergerak.
Kesimpulan dari diatas adalah bahwa energi kinetik bergantung pada massa benda dan
kecepan benda tersbut. Secara matematis, energi kinetik suatu benda dapat ditulis :
11

Ek = m.v.v
dengan,
Ek = Energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
2.2. Energi potensial
Tahukah kamu ketahui bahwa energi potensial gravitasi adalah energi akibat perbedaan
ketinggian. Apakah energi ini akibat oleh ketinggian saja ?.
Contoh :
Buah kelapa yang bergantung dipohonya
menyimpan suatu energi yang disebut energi
potensial. Energi potensial yang dimiliki buah
kelapa di akibatkan oleh adanya gaya tarik bumi
sehingga jatuhnya selalu kepusat bumi. Energi
potensial potensial akibat gravitasi bumi disebut
energi potensial gravitasi. Energi potensial
gravitasi pun bisa diakibatkan oleh tarikan benda
Gambar 1.3
benda lain seperti tarikan antar planet.
Adapun energi potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau karet yang
kamu regangkan disebut energi potensial pegas. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh
benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energi potensial pegas
pegas muncul akibat adanya perbedaan kedudukan dari titik keseimbangan. Titik
keseimbangan adalah titik
keadaan awal sebelum benda ditarik.Energi potensial gravitasi dipengaruhi oleh
percepatan gravitasi sebagai berikut :
Ep = m.g.h
Dengan
Ep = energi potensial (J)
m = massa benda (kg)
g = konstanta gravitasi (m/s.s)
12

h = ketinggian (m)
2.3. Energi panas
Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahai dengan
panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makluk hidup lainya untuk hidup dan
berkembang biak. Energi panas pun merupakan hasil perubahan energi yang lain, seperti
energi listrik,
energi gerak, dan energi kimia. Energi panas
dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan
usaha seperti menyetrika, pakaian, memasak, dan
mendiddikan air. Energi panas merupakan energi yang
menghasilkan panas.
Gambar 1.4
2.4. Energi Listrik
Energi listrik merupakan salah satu energi yang paling banyak digunakan. Energi ini
dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang
disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti
energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi.
Sebaliknya, energi listrik dapat berupa hasil perubahan
energi yang lain, misalnya dari energi
matahari, energi gerak, energi
potensial air, energi kimia gas
alam, energi uap.
Gambar 1.5
Seperti yang kita ketahui bahwa energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan
usaha.
Terkait dengan listrik, untuk memindahkan sejumlah muatan potensial yang satu ke
potensial lainnya, di mana kedua potensial memiliki nailai berbeda, maka dibutuhkan
energi. Perhatikanlah gambar berikut :
Perhatikanlah gambar di samping. Pada gambar tersebut terlihat sebuah lampu
berhambatan R dihubungkan dengan dengan sebuah sumber tegangan listrik (AKI) sehingga
menimbulkan tegangan Vab antar ujung - ujung lampu atau dengan kata lain beda tegangan
13

antara ujung-ujung lampu berhambatan R menjadi V dengan kuat arus sebesar I mengalir
selama selang waktu Δt.
Besarnya energi listrik yang yang diberikan oleh sumber tegangan untuk memeindahkan
muatan pada filamen lampu yang hambatannya R tersebut dinyatakan dengan persamaan
W = V . ΔQ
W = V . I . Δt
Dalam hal ini W adalah energi yang dihasilkan oleh sumber tegangan jika sumber
tegangan tersebut menghasilkan arus listrik sebesar I amper dalam selang waktu Δt sekon
dengan beda potensial sebesar V volt.
Dengan menerapkan Hukum Ohm pada suatau rangkaian listrik (I = V/R), maka persamaan
untuk energi listrik dapat dituliskan dalam bentuk lain seperti berikut
W = V . I . Δt
W = I . R . I . Δt
W = I2 . R . Δt
W = V2/R . Δt
2.5. Energi Kimia
Energi Kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makan banyak
mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi kimia pun
terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik
energi kimia dalam makanan maupun energi maupun energi kimia dalam minyak bumi
berasal dari energi matahari.
Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan
sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga
mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun
yang lalu menghasilkan
14

Energi kimia bahan bakar di ubah menjadi
energi kinetik dari mobil (Gambar 1.6)
minyak bumi.
Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan,
alat alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.
2.6. Energi nuklir
Energi nuklir adalah energi yang tersimpan
dalam atom. Energi keluar ketika terjadi proses
reaksi nuklir. Jadi, bisa disimpulkan bahwa energi
nuklir dihasilkan dari perubahan sejumlah massa
inti atom ketika berubah menjadi inti atom yang
lain dalam reaksi nuklir.Contoh-contoh banda-
Pembangkit listrik tenaga nuklir (Gambar 1.7)
banda yang mempunyai energi nuklir antara lain:
1. Pembangkit listrik tenaga nuklir
2. Awan cendawan karena bom nuklir
Pada saat ini energi nuklir sangat berkembang dan dapat dimanfaatkan yaitu dengan
cara memberikan solusi atas masalah kelangkaan energi. Yang bisa kita ketahui yaitu
pemanfaatan energi nuklir dengan adanya listrik di setiap rumah-rumah, yang biasa disebut
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yaitu pembangkit listrik thermal di mana panas
yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik.
SOAL
Soal 1:
Dadan mendorong mobilnya yang sedang macet di jalan raya dengan gaya tetap sebesar
210
N yang searah dengan arah mobil sehingga mobil berpindah sejauh 20 meter. Hitung usaha
yang dilakukan Dadan.
Diket: F = 10 N
S = 20 m
Dit: W =...?
Jawab: W = F.s = 210. 20 = 4200 J
Soal 2:
Sebuah balok ditarik dengan gaya 80 N dengan arah membentuk sudut 370 terhadap
horizontal. Jika balok hanya berpindah sejauh 6 meter, berapakah usaha yang dilakukan
pada balok tersebut?
15

Diket:F = 80 N Jawab: W = F.s. cos = 80.6.0,8 = 384 J
S = 6 m
=370(cos 370 =0,8)
Dit: W =...?
Soal 3:
Sebuah balok didorong sejauh 4 m sepanjang permukaan kasar dengan gaya mendatar 20 N.
Jika pada balok bekerja gaya gesekan sebesar 5 N, hitunglah:
a. usaha yang dilakukan oleh gaya 20 N
b. usaha yang dilakukan oleh gaya gesekan
c. usaha total yang dikerjakan pada balok.
Diket:F = 20 N
f = 5 N
s = 4 m
Dit: a.WF =...?
b.Wf=.....?
c. W=......?
Soal 4:
Sebuah balok bermassa 50 kg ditarik dengan gaya tetap sebesar 600 N yang arahnya 600
terhadap horizontal. Jika koefesien gesekan antara balok dan lanatai 0,4, hitunglah usaha
total yang dilakukan pada balok jika balok berpindah sejauh 10 m.
Diket: F = 600 N
k = 5 N
s = 10 m
=600
Dit: W =...?
Jawab:
a. Usaha oleh gaya 20 N : W=F.s =20.4 =80 J
b. Usaha oleh gaya gesekan: W =-f.s =-5.4 =-20 J
c. Usaha total:
W = (F).s =(20-5).4 =15.4 = 60 J
Jawab:
Kita hitung dulu gaya gesekan yang bekerja pada balok:
f=k.N
=k.m.g
= 0,4.50. 10 = 200 N
Usaha totalnya: W = (F).s
W =(F. Cos 600- f) .s
W = (600. 0,5 – 200). 10
W = 100. 10 = 1000 J
Soal 5:
Sebuah gaya sebesar 6 N bekerja pada sebuah balok diam bermassa 2 kg secara horizontal
selama 4 sekon. Hitung energi kinetik akhir yang dimiliki oleh balok.
Diket:F = 6 N
m = 2 kg
16

t = 4 sekon
Dit: Ek=…?
Jawab:
Dari persamaan Hk II Newton: a =F/m=6/2 = 3 m/s2
Dari persamaan GLBB: v =v0 +a.t
v =0+3.4 = 12 m/s
Energi kinetik balok adalah:
Ek= ½ mv2 =1/2.2. 122 = 144 J
Soal 6:
Pada sebuah kereta luncur dikerjakan sebuah gaya mendatar sebesar 1000 N. Jika
kecepatan
awalnya 2 m/s dan massanya 1500 kg, berapakah kecepatan kereta luncur tersebut ketika
sudah berpindah sejauh 10 m ?
Diket:F = 1000 N
m = 1500 kg
s = 10 m
v1 = 2 m/s
Dit: v2=…?
Jawab:
W = Ek2-Ek1
F.s = ½ m. v2
2 –1/2 m.v1
2
1000. 10 = ½ 1500. v2
2- ½ .1500. 22
10000 = 750. v2
2 – 3000
10000 + 3000 = 750. v2
2
750. v2
2 = 13000
v2
2 = 13000/750 = 17,33 atau v2 = 17,33 = 4,2 m/s
Contoh Soal 7:
Sebuah benda dengan massa 5 kg digantung pada ketinggian 10 meter di atas tanah.
Hitunglah energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut. (g = 10 m/s2).
Diket: m = 5 kg
h = 10 m
g = 10 m/s2
Dit: Ep=…?
Contoh Soal 8:
Ketinggian awal sebuah benda bermassa 2 kg adalah 5 meter. Jika g = 10 m/s2, hitunglah
usaha yang diperlukan untuk memindahkan benda tersebut ke tempat yang tingginya 20 m.
Diket: m = 2 kg,
h1 = 5 m
h2 = 20 m
17

g = 10 m/s2
Dit: Ep=…?
Jawab:
Ep= m.g.h = 5. 10.10 = 500 J
Jawab:
W= Ep
W = m. g .(h2 – h1) = 2. 10. (20 –5)
W = 300 J
Soal 9:
Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian 15 meter dengan kecepatan awal 15 m/s. Jika g =
10 m/s2, hitunglah kecepatan bola sesaat sebelum menyentuh tanah.
Diket:v1 = 15 m/s
h1 = 15 m ; h2 = 0 m
g = 10 m/s2
Dit: v2 =….?
Soal 10:
Sebuah benda bermassa 0,25 kg bergerak dengan kecepatan 0,25 kg bergerak dengan
kecapatan 5 m/s di titik A pada lintasan licin seperti pada gambar. Jika g = 10 m/s2,
tentukan kecepatannya di titik B dan C.
Diket:m = 0,25 kg
vA = 5 m/s
g = 10 m/s2
hA = 1,5 m
hC = 2,5 m
hB = 0 m
Dit: vB, vC =….?
Jawab:
EM1= EM2
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
½ mv1
2 +mgh1 = ½ mv2
2 +mgh2
½ v1
2 + gh1 = ½ v2
2 + gh2
½ 152 + 10.15 = ½ v2
2 + 0
112,5 + 150 = ½ v2
2  ½ v2
2 = 262,5
v2
2 = 525
v2 = 525 = 22, 91 m/s
18

Usaha dan Energi

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Usaha dan Energi

Ähnlich wie Usaha dan Energi (20)

Mehr von Taufik Habibie

Mehr von Taufik Habibie (11)

Usaha dan Energi