Materi Energi dan Usaha

Materi Energi dan Usaha

Yang disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah Pendidikan IPA di SD (Fisika)

Dosen Pengampu : Drs. Yudo Dwiyono, M.Si

Disusun oleh :

1.      Yuli Setyaningrum         NIM 1105115024

2.      Ida Khairunnisa             NIM 1105115039

3.      Dwi Safitri                     NIM 1105115040

                                                       PGSD A Pagi 2011

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Pendidikan Guru Sekolah Dasar

Universitas Mulawarman

Samarinda

2013

PEMBAHASAN ENERGI DAN USAHA

1.      Energi

1.1 Pengertian Energi

          Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Energi merupakan besaran yang kekal, artinya energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk energy ke bentuk energi lain. Lambang untuk energi adalah E, satuannya adalah SI adalah joule (J). satuan energi dalam satuan yang lain adalah kalori, erg, dan kWh (kilo watt hours). Kesetaraan joule dengan kalor adalah sebagai berikut :

1 kalori = 4,2 joule

Atau

1 joule = 0.24 kalori

1.2 Bentuk-bentuk Energi

          Energi yang paling besar adalah energi matahari. Tuhan telah menciptakan matahari khusus untuk kesejahteraan manusia. Jaraka matahari dan bumi yang telah diatur pada jarak 149.600 juta km memungkinkan energy panas yang diterima manusia di bumi tidak membahayakan. Energy panas dari sinar matahari sangat bermanfaat bagi bumi dan dapat menghasilkan  energy-energi yang lain dimuka bumi ini. Caranya adalah dengan mengubah energy matahari menjadi energy yang lain, seperti energy kimia, energy listrik, energy bunyi, dan energy gerak.

1.2.1 Energi Kimia

          Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makanan banyak yang mengandung energy kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energy kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energy kimia dalam makanan maupun energy kimia dalam minyak bumi berasal dari energy matahari.

          Energy cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhuan sehingga mengandung energy kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga mereka akan memiliki energy tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati miliaran tahun yang lalu menghasilkan minyak bumi. Energy kimia dalam minyak bumi sangat bermnafaat untuk menggerakkan kendaraan, alat – alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.

1.2.2 Energi Listrik

          Energy listrik merupakan salah satu bentuk energy yang paling banyak digunakan. Energy ini dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energy listrik dapat diubah menjadi bentuk energy yang lain seperti eneergi gerak, energy cahaya, energy panas, atau energy bumi.

          Sebaliknya, energy listrik dapat berupa hasil perubahan energy yang lain, misalnya dari energy matahari, energy gerak, energy potensial air, energy kimia gas alam dan energy uap.

1.2.3 Energi Panas

          Sumber energy panas yang sangat besar berasal dari matahari. Sinar matahari dengan panasnya yang tepat dapat membantu manusia dan makhluk lainnya untuk hidup dan berkembang biak. Energy panas pun merupakan hasil perubahan energy yang lain, seperti dari energy listrik, energy gerak, dan energy kimia. Energy panas dimanfaatkan untuk membantu manusia melakukan usaha seperti menyetrika pakaian, memasak, dan mendidihkan air.

1.2.4 Energi Mekanik

          Energy mekanik merupakan penjumlahan dari energy potensial dan energy kinetik. Contohnya ketika buah mangga jatuh dari pohonnya. Mengapa buah mangga itu dapat jatuh ? Untuk melakukan kerja supaya dapat jatuh dari pohonnya, buah mangga harus memiliki energy. Dari peristiwa itu terdapat dua buah jenis energy yang saling mempengaruhi, energy yang diakibatkan oleh ketinggian dan energy karena benda bergerak. Energy akibat perbedaan ketinggian disebut energy potensial gravitasi, sedangkan energy gerak disebut energy kinetic ( energy gerak ).

          Secara matematis persamaan energy mekanik dapat dituliskan sebagai berikut :

Em = Ep + Ek

                                                  Em = mgh + ½ mv²

dengan Em = Energi mekanik ( J )

             Ep = Energi potensial ( J )

             Ek = Energi kinetik ( J )

1.2.4.1 Energi Potensial

          Energy potesial adalah energy akibat perbedaan ketinggian. Buah kelapa yang bergantung di pohonnya menyimpan suatu energy yang disebut energy potensial. Energy potensial yang dimiliki buah kelapa diakibatkan oleh adanya gaya tarik bumi sehingga jatuhnya selalu menuju ke pusat bumi. Energy potensial akibat grafitasi bumi disebut energi potensial gravitasi.

          Energy potensial gravitasi pun bisa diakibatkan oleh tarikan benda-benda lain seperti tarikan antar planet. Adapun energy potensial yang dimiliki suatu benda akibat pegas atau karet yang kamu regangkan disebut energy potensial pegas. Energy potensial gavitasi dimiliki oleh benda yang berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi. Energy potensial pegas muncul akibat adanya perbedan kedudukan dari titik kesetimbangannya. Titik kesetimbangan adalah titik keadaan awal sebelum benda ditarik.

          Besarnya energy potensial gravitasi sebanding dengan ketinggian (h) dan massa benda (m). Selain kedua besaran itu, energy potensial gravitasi dipengaruhi oleh percepatan gravitasi (g) sehingga dapat dibuat persamaan energy potensial gravitasi sebagai berikut.

E_p = mgh

Dengan : E_p = energi potensial (J)

                m = massa benda ( kg )

                g = konstanta gravitasi (m/s²)

                h = ketinggian (m)

1.2.4.2 Energi Kinetik

          Ketika kamu menaiki sepeda dengan laju yang besar, tiba- tiba dihadapanmu terdapat batu besar yang menghalangi jalan. Tanpa ragu – ragu, kamu  akan segera mengerem sepedamu. Sesaat badanmu terhentak sampai akhirnya berhenti. Hentakan yang kamu rasakan pada saat mengerem sepedamu itu disebut energy kinetic. Jika kamu mengajak temanmu menaiki sepeda tersebut, tentu kamu akan lebih keras lagi mengerem sepedamu. Oleh karena massa orang yang menaiki sepeda lebih besar dari sebelumnya, dapat diambil kesimpulan bahwa energy kinetic bergantung pada massa benda, dan kecepatan benda tersebut. Energy yang dimiliki oleh benda yang bergerak disebut energy kinetic. Secara matematis, energy kinetic suatu benda dapat ditulis sebagai berikut :

Ek = 1/2 mv²

Dengan :       Ek = Energi kinetic ( J )

                       m = Massa ( kg )

                       v = Kecepatan ( m/s )

1.3 Perubahan bentuk-bentuk energi  

     Energy tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Pada umumnya manfaat energy akan terlihat setelah berubah bentuk menjadi energy yang lain. Contohya energy listrik menjadi energy panas, energy mekanik menjadi energy panas, energy mekanik menjadi energy bunyi, energy kimia menjadi listrik, energy listrik menjadi energy cahaya dan kalor, dan energy cahaya menjadi energy kimia.

1.4 Hukum Kekekalan Energi

     Coba kamu lemparkan sebuah bola vertical ke atas dan amati sampai jatuh ke lantai. Ketika bola bergerak ke atas, kecepatan bola semakin lama, semakin melambat dan ketinggian bola semakin besar. Pada ketinggian tertentu, bola berhenti sesaat dan kembali lagi ke bawah dengan kecepatan yang semakin besar. Peristiwa tersebut menujukkan bahwa energi gerak semakin lama semakin kecil sampai menjadi nol ketika berhenti sesaat pada ketinggian tertentu. Kemanakah energy gerak tersebut ?

     Energy gerak ( Ek ) tersebut ternyata berubah menjadi energy potensial gravitasi ( Ep ) sampai akhirnya mencapai maksimum. Begitu pula sebaliknya, energy potensial gravitasi semakin kecil ketika bola tersebut bergerak ke bawah. Adapun energy geraknya semakin besar dan mencapai maksimum ketika sampai di lantai, tetapi energy potensial gravitasinya menjadi nol ketika sampai di lantai. Setelah diam di lantai, semua energy mekanik benda habis. Tahukah kamu, kemana perginya ? Apakah yang dapat kamu simpulkan?Adakah energy yang hilang ?

     Kegiatan tersebut menunjukkan bahwa energy bersifat kekal. Energy tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energy yang lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Kekekalan Energy.

2.      Usaha

2.1 Pengertian Usaha

     Usaha adalah besarnya gaya yang diberikan pada suatu benda sehingga benda tersebut mengalami perpindahan. Usaha sangat dipengaruhi oleh dorongan dan tarikan (gaya).

     Apabila gaya disimbolkan dengan F dan perpindahan dengan s, secara matematis usaha dituliskan dalam persamaan berikut.

W = Fs

Dengan :   W = usaha (J)

                 F = gaya (N)

                 s = perpindahan (m)

Persamaan berlaku untuk gaya yang arahnya sama dengan perpindahan, seperti gambar di bawah ini.

 

 

 

     Usaha memiliki satuan yang sama dengan energi, yaitu joule. Dengan ketentuan bawa 1 joule sama dengan besar usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar 1 N dengan perpindahan 1 m.

     Untuk memindahkan benda kearah vertical memerlukan gaya minimal untuk mengatasi gaya gravitasi bumi yang besarnya sama dengan berat suatu benda. Secara matematis gaya tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

F=  m g

     Karena perpindahan benda kearah vertical sama dengan ketinggian benda (h), dengan memasukkan persamaan diperoleh usaha yang dilakukan terhadap n=benda tersebut sebagai berikut.

W = F s

W = m g h

Dengan :   W = usaha (J)

                 m = massa (kg)

                 g = percepatan gravitasi (N/kg)

                 h = perpindahan atau ketinggian (m)

2.2. Hubungan antara usaha dan energy

     Energy adalah kemampuan melakukan usaha. Dari definisi tersebut menunjukkan bahwa usaha memiliki kaitan yang erat dengan energy. Contohnya ketika gayamu berusaha mendorong mobil sehingga bergerak, berarti telah terjadi perubahan energy dari energy yang dikeluarkan olehmu menjadi energy gerak.

     Jadi dapat disimpulkan bahwa ketika gaya melakukan usaha pada sebuah benda maka akan terjadi perubahan energy pada benda tersebut. Usaha yang dilakukan pada sebuah benda horizontal menyebabkan perubahan energy kinetic. Dengan demikian, besarnya usaha sama dengan perubahan energy kinetic benda. Secara matematis ditulis sebaga berikut.

W = Δ Ek

W = E_k2- E_k1

Dengan :   W = usaha ( J )

                 E_k = perubahan energy kinetic (J)

                 E_k1 = energy kinetic akhir (J)

                       E_k2 = energy kinetik awal (J)

Ketika kamu mengangkat sebuah balok, kamu akan memberikan gaya dorong terhadap balok. Pada saat ke atas berlaku:

Wt_angan = F_tangan . s = m g h

Saat ke bawah :

W_gravitasi  =  F_garvitasi . s = -m g h

Usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi bumi (benda yang bergerak vertical) sama dengan perubahan energy potensial gravitasi. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

W = Δ E_p

W = E_p2 – E_p1

W = m g (h_{2 –} h₁)

Dengan :   W    = usaha (J)

                 ΔE_p = perubahan energy potensila (J)

                 E_p1 = energy potensila awal (J)

                 E_p2 = energy potensial akhir (J)