Materi dan Perubahannya/Pesawat Sederhana

Materi adalah segala sesuatu yang mempunyai massa dan menempati ruang (volume).

Materi dapat berwujud sebagai berikut:
· Padat (solid)
· Cair (liquid)
· Gas

Perubahan materi dibagi menjadi dua yakni perubahan Fisika (perubahan fisis) dan perubahan kimia (reaksi kimia).

1. Sifat - sifat Materi
Sifat - sifat materi meliputi sifat fisis yaitu sifat yang tidak berhubungan dengan pembentukan zat baru, dan sifat kimia yaitu sifat yang berhubungan dengan pembentukan zat baru.

2. Perubahan Materi
a. Perubahan Fisika
Perubahan Fisika adalah suatu zat yang tidak menghasilkan zat baru, jadi dalam perubahan fisika, materi hanya mengalami perubahan wujud.

Contoh:
Garam atau gula yang dilarutkan dalam air. Jika larutan garam/gula dipanaskan sampai semua pelarut menguap akan diperoleh gula/garam kembali.

Perubahan wujud

gas > padat = menyublim
padat > gas = menyublim
padat > cair = mencair
cair > padat = membeku
cair > gas = menguap
gas > cair = mengembun

b. Perubahan Kimia
Perubahan kimia adalah perubahan suatu zat yang menghasilkan zat baru.
Contoh:
· Rokok yang dibakar akan menghasilkan abu dan asap.
· Tumbuhan hijau berfotosintesis mengubah karbondioksida dan air menjadi karbohidrat dan air

CO2 + H2O Matahari + Klorofil karbohidrat + O2
reaktan hasil reaksi

Tanda - tanda yang menyertai reaksi kimia:
· Perubahan warna
· Perubahan suhu
· Terjadinya endapan
· Pembentukan gas

Hukum kekekalan reaksi kimia:
“Dalam reaksi kimia massa zat - zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”

A. Pengertian Energi

Menurut Drs. H. Sulardi, M.Pd

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Dalam tubuh kita tersimpan sejumlah energi. Bila energi yang ada dalam tubuh terus-menerus digunakan, maka lama-kelamaan kita akan kekurangan energi dan akhirnya tak mampu lagi melakukan aktifitas. Demikian pula halnya dengan lampu senter bertenaga baterai, bila lampu terus-menerus dinyalakan, maka lama-kelamaan cahaya yang dihasilkan akan semakin redup dan akhirnya akan mati. Hal ini menunjukkan energi yang tersimpan dalam baterai telah habis. Agar kita dapat melakukan aktivitas kembali, lampu senter dapat menyala lagi, dan radio dapat bersuara lagi, maka perlu adanya penambahan energi.

Menurut Drs. Fardin Tony

Energi merupakan sesuatu yang selalu diperlukan dalam melakukan kerja atau usaha. Dengan kata lain, usaha hanya dilakukan jika ada energi. Berdasarkan hal itu, energi didefinisikn sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.

Menurut Agung Sasongko

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Seseorang dikatakan mempunyai energi jika orang tersebut mampu melakukan kerja atau usaha.

Menurut Drs. Sugeng Haryono

Energi dapat diartikan sebagai suatu kemampuan untuk melakukan usaha.

Misalnya :

a.       Sebuah mobil dapat bergerak karena adanya energi dari pembakaran bensin.

b.      Sebuah benda jatuh ke bumi karena adanya energi potensial grafitasi.

c.       Sebuah lampu dapat menyala karena adanya energy listrik, dll

Jadi, kesimpulannya Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha.

B. Bentuk-Bentuk Energi

Bentuk-bentuk energi antara lain sebagai berikut :

1.      Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang ditimbulkan oleh muatan-muatan listrik yang berpindah (arus listrik).

2.      Energi Kinetik/gerak

Energi kinetik adalah energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang bergerak.

Ek = ½  x m x v2

Secara matematis besarnya energi kinetik dapat dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan :         Ek = energi kinetik (Joule)

                              m   = massa benda (kg)

                              v    = kecepatan (m/s)

Contoh soal :      

Sebutir kelereng yang massanya 50 gram bergerak dengan kecepatan 9 m/s. Berapakah besar energi kinetik kelereng tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :    m = 50 g = 0,05 kg

                      v = 9 m/s

Ditanya :       Ek = ... ?

Jawab    :       Ek = ½ x m x v²

= ½ x 0,05 kg x (9 m/s)²

= 0,025 kg x 81 m²/s²

= 2,025 Joule

3.      Energi kalor/panas

Energi kalor/panas adalah energi yang terdapat pada suatu benda yang menimbulkan panas dan mempengaruhi suhu suatu benda.

4.      Energi bunyi

Energi bunyi adalah energi yang dihasilkan oleh benda yang dapat menghasilkan bunyi dari benda yang bergetar.

5.      Energi cahaya

Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh benda-benda yang bercahaya.

6.      Energi nuklir

Energi nuklir adalah energi yang tersimpan dalam inti atom suatu unsur.

7.      Energi kimia

Energi kimia adalah energi yang dapat melakukan proses kimia.

8.      Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena kedudukannya atau tempatnya terhadap permukaan bumi.

Apabila benda yang massanya m berada pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi, benda akan mendapat percepatan gravitasi g. Dalam hal ini benda memiliki energi potensial.

Secara matematis, besarnya energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut.

	Ep = m x g x h

 

Keterangan :         Ep = energi potensial (Joule)

                              m   = massa benda (kg)

                              g    = percepatan gravitasi (g=9,8 m/s²)

                              h    = tinggi benda (m)

Contoh Soal :

Buah kelapa massanya 1,25 kg menggantung pada tangkainya dengan ketinggian 12 m dari tanah. Berapakah besarnya energi potensial yang tersimpan pada buah kelapa itu jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s² ?

Penyelesaian :

Diketahui :    m = 1,25 kg

                      h = 12 m

                      g = 10 m/s²

Ditanya :       Ep = ... ?

Jawab    :       Ep = m x g x h

= 1,25 kg x 10 m/s² x 12 m

= 150 Joule

9.      Energi mekanik

Energi mekanik adalah energi gabungan antara energi potensial dengan energi kinetik.

Energi mekanik adalah energi gabungan antara energi potensial dengan energi kinetik.

Maka dapat dirumuskan sebagai berikut.

	Em = Ep + Ek

 

atau

	Em = ( m x g x h ) + ( ½ x m x v2 )

 

C. Sifat-sifat Energi

1.      Energi dapat berubah bentuk dari bentuk satu ke bentuk yang lain.

2.      Energi dapat berpindah dari satu benda ke benda yang lain.

3.      Energi bersifat kekal, artinya tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat diciptakan.

Energi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. Contoh bentuk perubahan energi.

1.      Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh : lampu pijar, lampu merkuri, lampu TL.

2.      Energi gerak menjadi energi listrik, contoh : dinamo sepeda.

3.      Energi kimia menjadi energi listrik, contoh : baterai, akumulator.

4.      Energi listrik menjadi energi kalor, contoh : solder, magic jer, rice cooker, setrika listrik.

5.      Energi kimia menjadi energi gerak, contoh : pada otot tangan yang digerakkan.

6.      Energi gerak menjadi energi bunyi, contoh : pada bel listrik.

7.      Energi listrik menjadi energi gerak, contoh : pada motor listrik.

8.      Energi gerak menjadi energi kalor, contoh : pada saat orang menggergaji.

C. Hukum Kekekalan Energi

Hukum Kekekalan Energi ditemukan oleh Lavoisier dikatakan bahwa “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain”.

Bila kita makan bukan berarti menciptakan energi. Demikian pula sebaliknya bila kita bekerja atau beraktifitas hingga tubuh terasa lemas tak berdaya bukan berarti kita memusnahkan energi dalam tubuh, tetapi mengubah bentuk energi yaitu dari energi kimia yang tersimpan dalam makanan menjadi energi gerak atau kinetik.

D. Sumber Energi

Sumber energi adalah benda-benda yang dapat menghasilkan energi. Sumber energi dibedakan menjadi dua macam.

1.      Sumber energi yang dapat diperbarui, contoh : air, angin, matahari (sumber energi utama).

2.      Sumber energi yang tidak dapat diperbarui, contoh : panas bumi, batu bara, minyak bumi, gas alam.

Upaya penggunaan energi secara lebih efisien disebut dengan konservasi energi. Konservasi energi diperlukan karena sumber-sumber energi yang sering digunakan sperti batu bara, gas alam, minyak bumi, dan panas bumi jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbarui. Untuk mengatasi krisis energi maka pemanfaatan energi alternatif adalah langkah yang sangat tepat. Beberapa alternatif untuk memperoleh energi antara lain :

1.      Energi air terjun

2.      Energi surya

3.      Energi angin

Pengertian Pesawat Sederhana

Menurut Drs. H. Sulardi, M.Pd

Pesawat adalah alat yang dapat mempermudah melakukan usaha atau pekerjaan. Pesawat hanya bersifat mempermudah melakukan usaha, bukan mengurangi usaha yang harus dilakukan.

Menurut Drs. Sugeng Haryono

Pesawat adalah sesuatu yang dapat digunakan untuk mempermudah melakukan usaha.

Menurut www.google.com ( internet )

Pesawat sederhana adalah segala jenis perangkat yang hanya membutuhkan satu gaya untuk bekerja. Kerja terjadi sewaktu gaya diberikan dan menyebabkan gerakan sepanjang suatu jarak tertentu. Kerja yang timbul adalah hasil gaya dan jarak. Jumlah kerja yang dibutuhkan untuk mencapai sesuatu bersifat konstan, walaupun demikian jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mencapai hal ini dapat dikurangi dengan menerapkan gaya yang lebih sedikit terhadap jarak yang lebih jauh. Dengan kata lain, peningkatan jarak akan mengurangi gaya yang dibutuhkan.

Jadi,kesimpulannya Pesawat sederhana adalah alat yang dapat digunakan untuk mempermudah melakukan usaha.

Beberapa pesawat sederhana yaitu :

1.      Tuas/Pemgungkit

Tuas (lever,dalam Bahasa Inggris) atau pengungkit adalah salah satu pesawat sederhana yang digunakan untuk mengubah efek atau hasil dari suatu gaya. Hal ini dimungkinkan terjadi dengan adanya sebuah batang ungkit dengan titik tumpu (fulcrum), titik gaya (force), dan titik beban (load) yang divariasikan letaknya. Contoh penggunaan prinsip pengungkit adalah gunting, linggis, dan gunting kuku. pada masa ini, tuas sudah banyak dikembangkan menjadi berbagai alat yang berguna dalam kehidupan sehari-hari. gunting kuku adalah salah satu alat fisika yang menggunakan prinsip tuas.

Beberapa pesawat sederhana yang menggunakanprinsip tuas adalah gunting, pemotong kuku, tang, pinset, catut, gerobak dorong, dan lain-lain.

2.      Katrol

Katrol tetap

Katrol adalah suatu roda dengan bagian berongga di sepanjang sisinya untuk tempat tali atau kabel. Katrol biasanya digunakan dalam suatu rangkaian yang dirancang untuk mengurangi jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mengangkat suatu beban. Walaupun demikian, jumlah usaha yang dilakukan untuk membuat beban tersebut mencapai tinggi yang sama adalah sama dengan yang diperlukan tanpa menggunakan katrol. Besarnya gaya memang dikurangi, tapi gaya tersebut harus bekerja atas jarak yang lebih jauh. Usaha yang diperlukan untuk mengangkat suatu beban secara kasar sama dengan berat beban dibagi jumlah roda. Semakin banyak roda yang ada, sistem semakin tidak efisien karena akan timbul lebih banyak gesekan antara tali dan roa. Katrol adalah salah satu dari enam jenis pesawat sederhana.

Tidak ditemukan catatan mengenai kapan dan oleh siapa katrol pertama kali dikembangkan, tapi kemugkinan besar berasal dari Eurasia. Bagian dasar pembentuk sistem katrol, roda, ditemukan beberapa waktu setelah penemuan di di Eurasia pada masyarakat di belahan barat, Afrika sub-Sahara, dan Australia. Dipercayai juga bahwa Archimedes mengembangkan rangkaian sistem katrol pertama, sebagai mana dicatat oleh Plutarch.

RUMUS KATROL

Katrol tetap KM = 1

Katrol bergerak KM = 2

Katrol majemuk KM = n (n=jumlah katrol)

KM= Keuntungan Mekanik

Contoh soal :

Berapakah besarnya kuasa yang digunakan untuk mengangkat beban yang massanya 200 kg apabila menggunakan :

a.       katrol tetap,

b.      katrol bergerak ? (g = 10 m/s²)

Penyelesaian :

Diketahui : W = m x g

                        = 200 kg x 10 m/s²

                        = 2000 N

Ditanya   : a. F =…… (katrol tetap) ?

                  b. F =…… (katrol bergerak) ?

Jawab     :

a.       Katrol tetap

W/F = 1

F      = W = 2000 N

b.      Katrol bergerak

W/F = 2

F      = W/2 = 2000 N/2 = 1000 N

Katrol adalah sebuah roda kecil yang tepinya beratur dan dapat berputar pada sebuah poros. Berdasarkan penempatannya katrol dibedakan atas :

a.       katrol tetap, pada katrol tetap besar kuasa uang diperlukan untuk menarik beban sama dengan berat beban karena panjang lengan beban sama dengan panjang lengan kuasa.

b.      katrol bergerak, pada katrol bergerak masing-masing kuasa hanya memikul separo dari berat beban.

c.       Katrol berganda/takal, katrol berganda merupakan susunan beberapa katrol atau gabungan katrol tetap dengan katrol bergerak.

Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip katrol :

a.       kerek untuk menimba air

b.      kapstan untuk menggulung tali pada kapal

c.       derek untuk menari mobil.

Sistem katrol merupakan gabungan antara katrol tetap dengan katrol bergerak. Dalam hal ini katrol yang digunakan lebih dari satu. Keuntungan mekanik pada sistem katrol sama dengan jumlah tali yang digunakan untuk menarik beban atau sama dengan banyaknya katrol yang digunakan.

3.      Bidang miring

Gaya-gaya yang bekerja pada bidang miring

Bidang miring adalah suatu permukaan datar yang memiliki suatu sudut, yang bukan sudut tegak lurus, terhadap permukaan horizontal. Penerapan bidang miring dapat mengatasi hambatan besar dengan menerapkan gaya yang relatif lebih kecil melalui jarak yang lebih jauh, dari pada jika beban itu diangkat vertikal. Dalam istilah teknik sipil, kemiringan (rasio tinggi dan jarak) sering disebut dengan gradien. Bidang miring adalah salah satu pesawat sederhana yang umum dikenal.

Beberapa pesawat yang cara kerjanya menggunakan prinsip bidang miring adalah : pisau, linggis, tangga yang dipasang miring, mata kapak, sekrup, dan lain-lain.

Dengan menggunakan bidang miring, maka kuasa yang diperlukan untuk menarik atau mendorong beban menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan diangkat secara vertikal.

Contoh soal :

Sebuah papan yang dipasang pada sebuah truk digunakan untuk menaikkan benda yang massanya 60 kg. Jika panjang papan miring 6 m dan tingginya dari tanah 2 m, berapah kuasa yang harus diberikan dan berapa keuntungan mekanik dari papan miring itu ? (g=10 m/s²)

Penyelesaian :

Diketahui : W = m x g

                        = 60 kg x 10 m/s²

                        = 600 N

                  s     = 6 m

                  h    = 2 m

Ditanya   : a. F =…… ?

                  b. K_m =…. ?

Jawab     :

a.       W x h   = F x s

        F   = (W x h) / s

             = ( 600 N x 2 m ) / 6 m

            = 200 N

b.       K_m      = W / F                                    atau                 K_m       = s / h

            = 600 N / 200 N                                              = 6 m / 2 m

            = 3                                                                   = 3

4.      Baji

Gaya ke arah bawah pada baji menghasilkan gaya horizontal terhadap obyek.

Baji adalah suatu pesawat sederhana, secara teknis terdiri dari dua bidang miring, yang digunakan untuk memisahkan dua obyek, atau bagian-bagian obyek, dengan penerapan gaya, tegak lurus terhadap permukaan miring, yang dihasilkan oleh pengubahan gaya yang diberikan pada bagian ujung yang lebar. Keuntungan mekanis (mechanical advantage) baji tergantung pada rasio panjang terhadap tebal. Baji pendek dengan sudut lebar membutuhkan gaya yang lebih besar dari pada baji panjang dengan sudut yang lebih kecil.

Baji telah digunakan bahkan sejak Zaman Batu. Contoh penggunaan prinsip baji antara lain adalah kapak, kuku, dan gigi. Pisau kadang dapat digunakan sebagai baji, walaupun secara fundamental lebih menerapkan fungsi pemotongan.

5.      Baut

Berbagai bentuk dan ukuran baut

Baut atau sekrup adalah suatu batang atau tabung dengan alur heliks pada permukaannya. Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat (fastener) untuk menahan dua obyek bersama, dan sebagai pesawat sederhana untuk mengubah torka (torque) menjadi gaya linear. Baut dapat juga didefinisikan sebagai bidang miring yang membungkus suatu batang.

DAFTAR PUSTAKA

Sasongko Agung, dkk. 1994.  Fisika. Surakarta : PT. Pabelan

Drs. H. Sulardi, M.Pd, dkk. 2004. Pengetahuan Alam Fisika. Surakarta : Putra Nugraha

Drs. Tony Fardin dkk. 1994.  Fisika. Samarinda : SA-KALTIM

Drs. Haryono Sugeng, dkk. 1994.  IPA - Fisika. Surakarta : CV. Prameswari Mukti

http//: www.google.com/