Energi Usaha Dan Pesawat Sederhana 1b4f27

A. ENERGI

ENERGI, USAHA, DAN PESAWAT Hukum Kekekalan Energi : SEDERHANA

Pengertian energi : Energi adalah kemampuan melakukan usaha.

untuk

Satuan usaha : SI = Joule 1 erg = 10 7 joule CGS = erg Satuan energi panas dinyatakan dalam kalori (kal). 1 kal = 4,18 Joule. 1 Joule = 0,24 kal.

Bentuk-bentuk energi : 1. Energi Gerak (Mekanik) Terdiri atas : - Energi Kinetik - Energi Potensial 2. Energi Kimia Energi yang terkandung dalam bahan bakar atau makanan. 3. Energi Listrik Energi yang dihasilkan oleh adanya arus listrik. 4. Energi Panas (Kalor) Energi yang dihasilkan oleh gerakan partikel-partikel dalam benda . 5. Energi Cahaya Energi yang dihasilkan oleh sumber cahaya. 6. Energi Gelombang Energi yang dibawa gelombang dalam perambatannya. 7. Energi Bunyi Energi yang dihasilkan oleh sumber bunyi. 8. Energi Nuklir Energi yang terjadi akibat reaksi dalam zat radioaktif. Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain, contoh : a. Energi gerak  listrik : generator b. Energi listrik  gerak : motor listrik c. Energi listrik  cahaya : lampu listrik d. Energi kalor  gerak : mesin uap e. Energi cahaya  listrik : sel surya f. Energi kimia  listrik : baterai, aki g. Energi listrik bunyi : radio

“Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.”

Sumber-sumber energi : Sumber energi utama di bumi adalah energi matahari. Sumber energi lainnya antara lain energi angin, energi air, energi pasang surut, energi panas bumi, energi atom. Pembagian energi menurut keberadaannya : 1. Energi yang dapat diperbaharui. Energi yang keberadaannya tidak akan habis di alam. 2. Energi yang tidak dapat diperbaharui. Energi yang keberadaannya akan habis di alam. Konservasi energi : Konservasi energi adalah upaya-upaya untuk menggunakan energi secara lebih efisien dan rasional. ENERGI MEKANIK 1. Energi Potensial (Ep) Adalah energi yang tersimpan atau energi dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya. Contoh : air terjun, per yang ditekan, benda yang letaknya tinggi. Energi potensial gravitasi dirumuskan :

Ep = m.g.h Ep = m g h =

energi potensial (Joule) = massa (kg) = gravitasi (10 m/s2) ketinggian (m)

Contoh : Sebuah benda yang massanya 25 kg terletak pada ketinggian 12 m. Tentukan besar energi potensial yang dimiliki benda tersebut ( g = 10 m/s2) !

Jawab : Diketahui : m = 2,5 kg h = 12 m g = 10 m/s2 Ep = = = =

m.g.h 2,5 kg x 12 m x 10 m/s2 300 kg m2/s2 300 Joule

B. USAHA Dalam ilmu fisika, usaha didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan perpindahan. : S

Usaha oleh beberapa gaya : F3

Ek = ½. m.v2 Ek = Energi kinetik (Joule) m = massa (kg) v = kecepatan (m/s)

W = usaha (Joule) F = gaya (Newton) S = perpindahan (m)

W=F.S

2. Energi Kinetik (Ek) Adalah energi yang dimiliki sebuah benda karena geraknya.

F

F2 F1 S

W  ( F1  F 2  F 3 ).S

Contoh : Mobil yang massanya 1.000 kg, bergerak dengan kecepatan 10 m/s. Tentukan besar energi kinetik mobil tersebut !

Contoh 1 :

Jawab : Diketahui : m = 1.000 kg v = 10 m/s

Benda bermassa 10 kg ditarik dengan gaya 10 N. Benda berpindah sejauh 10 m. Berapakah usaha yang dilakukan gaya F tersebut ?

Ek = ½ m.v2

Jawab:

= ½ .1000 kg. (10

Atau secara umum :

W  W 1 W 2 W 3  ...

F = 10 N

m/s)2 = 50.000 kg m/s2 = 50.000 Joule

3. Hukum Kekekalan Energi Mekanik Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik yang dimiliki suatu benda. Energi mekanik dirumuskan :

EM  EP  EK Jika sebuah benda dijatuhkan dari suatu ketinggian maka energi mekaniknya tetap.

EP = m. g. h EK = 0 h

EP = 0 1 E K  mv 2 2

10 m W = F x S = 10 N x 10 m = 100 Joule Contoh 2 : Lemari es ditarik oleh Ali dengan gaya 10 N dan didorong oleh Tono dengan gaya 2 N. Jika gaya gesekan lemari es dengan lantai 5N. Berapa usaha yang dilakukan untuk mendorong lemari es tersebut sejauh 2m ?

F2 = 2N F3 = 5N

F1 = 10N

2m Jawab : W = (F1 + F2 –F3).S = (10 + 2 - 5).2 = 7.2 = 14 J

C. PESAWAT SEDERHANA Pesawat sederhana adalah alat yang digunakan untuk mempermudah melakukan usaha. Merupakan alat untuk : - mengubah energi, contoh : dinamo, mesin uap - memindahkan energi, contoh : tang, dongkrak - mengubah arah, contoh : katrol - memperoleh keuntungan kecepatan, contoh : sepeda 1.

Contoh : - gerobak dorong beroda satu - catut pencabut paku - pembuka tutup botol c.

2.

Tuas a.Tuas kelas pertama/utama Titik tumpu berada diantara beban dan kuasa. Contoh : pengungkit

Tuas kelas ketiga Bila beban dan kuasa terletak pada sisi yang sama dari titik tumpu, tetapi letak kuasa lebih dekat ke titik tumpu. Katrol tetap W . l b = F . lk

A

m = massa benda (kg) g = gravitasi bumi (m/s2) AT = lengan beban (lb) F BT = lengan kuasa (lk) AT = BT

T

B

lk

W

w

lb T

F

F  k  W  b T = titik tumpu b = lengan beban

k = lengan kuasa

w = m.g Keuntungan mekanis (KM) :

(KM)  3.

beban W  1 kuasa F

Katrol bergerak

F = kuasa yang dikerjakan w = berat beban

KM 

A

l W  k F lb

Berapa kuasa F. Jawab : F x ℓ k = W x ℓb F = W x lb = 10 N x 0,1 = 5 N lk 0,2 b.

Tuas kelas kedua Bila kuasa dan beban berada pada sisi yang sama dari titik tumpu dan letak beban lebih dekat ke titik tumpu daripada titik kuasa.

T

AB BBT AB F

lb 1 . w w lk 2 = = = =

2 BT lengan beban (lb) lengan kuasa (lk) gaya

W

Contoh : Jika W = 10 N, lb = 10 cm dan lk = 20 cm

F

F

Keuntungan mekanis (KM) dari tuas/pengungkit tersebut adalah :

Keuntungan mekanik = M 

lk 2  2 lb 1

Pada katrol bergerak tali memikul ½ beban.

4.

Katrol majemuk (takal)

b.

FF 

W=m.g.h=w.h h = ketinggian

1 w n

D. DAYA

Dimana : n = jumlah katrol w=m.g

w Takal dengan 4 katrol masing-masing tali memikul ¼ beban. Keuntungan mekanik : KM = banyaknya katrol (n). 5. Roda Bergandar R

: w

Adalah kemampuan melakukan usaha

P

F

R = jari-jari roda r = jari-jari gandar Keuntungan mekanik

Satuan daya yang lain : 1 HP (daya kuda) = 746 watt 1 kilowatt = 1000 watt Contoh soal : 01. Sebuah beban 500 N dinaikkan ke tempat dengan ketinggian 6 m menggunakan katrol tetap. a. Berapa gaya tariknya b. Berapa usaha yang dilakukan Diketahui : w = 500 N h=6m

KM = jari-jari roda jari-jari gandar

Keuntungan mekanik = R

a. F = w/KM = 500/1 F = 500 N

r

b. W (usaha) = 500 N x 6 m = 3000

Bidang Miring

h

KM = 1

Ditanya : a. F = ? b. w = ?

w=m.g

6.

W usaha  t waktu

W = Usaha (Joule) t = waktu (detik) P = daya (watt = joule/detik)

W

r

dengan mengangkatnya langsung

J

F s w=m.g

KM = panjang bidang miring tinggi bidang h = tinggi bidang Usaha yang dilakukan memindahkan benda tersebut : a. pada papan miring W=F.s s = jarak yang ditempuh

untuk

02. Takal terdiri dari 5 katrol kombinasi digunakan untuk menaikkan beban 6 ton dari tanah ke tempat dengan ketinggian 2 m. Tentukan : a. besar gaya b. besar usaha yang dilakukan Banyak katrol = 5 katrol m = 6 ton = 6000 kg h = 2m a. Keuntungan mekanis = n (banyak katrol)

F

W 6000 kg x 10 m/s 2   12.000 N 5 5

b. Usaha = F x S W = 12.000 N x 2m = 24000 J

03. Panjang bidang miring adalah 4 m dan jarak dari ujung bawah ke ujung atas bidang miring 1 m. Berapa keuntungan mekanis, jika berat badan yang diangkat 600 N, berapa gaya dorongnya ! Diketahui : ℓb = 4m, h = 1 m

05. Sebuah mangga jatuh dari pohon yang tinggi, maka: 1. energi potensial dan energi kinetik membesar 2. energi potensial tetap, energi kinetik membesar 3. energi potensial mengecil, energi kinetik membesar

Ditanya : a. KM = ? b. F = ?

Pernyataan yang benar adalah …

Jawab :

A. 3 B. 1 dan 2

4 =4 1 beban W  b. KM = kuasa F 600 4 = F 600  150 N F = 4 a. KM =

b h

=

06. Orang yang menahan beban 980 N di atas kepalanya dikatakan tidak melakukan usaha, hal ini disebabkan oleh . . . A. tinggi orang tersebut dianggap nol B. tidak ada perpindahan benda C. berat beban sama dengan berat orang D. tidak ada gaya yang dilawan oleh beban

SOAL – SOAL LATIHAN 01. Yang tidak termasuk adalah . . . A. erg B. dyne

satuan

energi

C. Joule D. N meter

02. Nilai 5.000 Erg setara dengan . . . Joule. A. 5 . 10 -10 B. 5 . 10 -5

C. 1 dan 3 D. 2 dan 3

C. 5 . 10 4 D. 5 . 10 -3

03. Sebuah radio dengan sumber listrik batu baterai dihidupkan sehingga kita dapat mendengar siaran radio itu. Perubahan energi yang terjadi adalah . . . A. energi listrik – energi kimia – energi bunyi B. energi kimia – energi listrik – energi bunyi C. energi bunyi – energi listrik – energi kimia D. energi panas – energi listrik – energi bunyi 04. Energi yang dimiliki benda karena letak atau posisinya disebut … A. energi kinetik C. energi mekanik B. energi potensialD energi kimia

07. Benda bermassa 4 kg benda bergerak dengan kecepatan 5 memiliki energi kinetik sebesar … A. 50 Joule B. 100 Joule

dan m/s

C. 10 Joule D. 20 Joule

08. Perhatikan gambar di bawah ini ! A VA=0 20 m B 10 m C Bila massa benda adalah 2 kg dan percepatan gravitasi pada tempat tersebut = 10 m/s2. Maka energi potensial di A adalah . . . Joule. A. 400 Joule C. 200 Joule B. 40 Joule D. 300 Joule 09. Seekor burung terbang pada ketinggian 20 m dengan kecepatan 8 m/s. Jika massa burung tersebut 0,25 kg dan

percepatan gravitasinya 10 m/s2 maka energi mekanik burung tersebut adalah : A. 116 Joule B. 58 Joule

C. 40 Joule D. 4 Joule

10. Dari gambar di bawah ini, maka nilai usaha total yang dilakukan adalah . . . F2=5 N

F1=10 N



C.

F

D.

F

15. Perhatikan gambar berikut !



2m

A. 30 Joule B. 15 Joule

F

C. 10 Joule D. 5 Joule 1000 N

Dengan menggunakan susunan katrol seperti di atas, maka . . .

11. Pada sebuah benda gaya F1 = 125 N arah ke kanan dan gaya F2 = 100 N arah ke kiri sehingga benda berpindah sejauh 2 m. Besarnya usaha yang dilakukan oleh kedua gaya itu adalah . . . A. 25 Joule B. 50 Joule

A. B. C. N D.

C. 200 Joule D. 250 Joule

12. Sebuah gerobak ditarik oleh Fajar dengan gaya 100 N, dari belakang gerobak di dorong oleh ganda dengan gaya 200 N. Jika lantai kasar dan gaya gesek gerobak dan lantai adalah 50 N, maka berapa besar usaha yang dilakukan untuk mendorong balok tersebut sejauh 10 m, adalah . . . A. 250 Joule B. 2500 Joule

C. 3000 Joule D. 3500 Joule

5m 2m

A. 50 N B. 40 N

F

Dari gambar disamping besar gaya F yang diperlukan untuk meng-angkat beban tersebut adalah . . . C. 20 N D. 10 N

diperoleh keuntungan arah tetapi tidak diperoleh keuntungan mekanis

16.

Dari gambar disamping, besarnya gaya F yang mengimbangi beban w adalah : A. 900 N C. 300 N B. 450 N D. 150 N

17. Sekrup merupakan . . .

13. 100N

keuntungan mekanis = 4 keuntungan mekanis = 6 gaya untuk menaikkan beban = 500

A. B. C. D.

tuas bidang miring bidang miring rangkap bidang miring yang diputarkan pada silinder

18. r

14. Perhatikan gambar tuas di bawah ini ! Tuas memiliki yang keuntungan mekanisnya terbesar adalah . . .

F=100 N

w A. B.

R

Bila jari-jari gandar r = 2 cm dan jari-jari roda R = 6 cm, maka berat w adalah . . . A. 33,3 N B. 300 N N

C. 600 N D. 1200

F F

19. Pada gambar di bawah ini, gaya yang diperlukan untuk mendorong benda adalah :

A. B. C. D.

Tentukan dimana Bardi duduk agar ayunan berada pada posisi setimbang.

F=?

400 N 200 N 160 N 80 N

400 N

5m

2m

20. Dalam waktu 10 menit, seseorang melakukan usaha 240.000 Joule. Maka daya yang dikeluarkan orang tersebut adalah : A. 100 watt B. 200 watt

C. 300 watt D. 400 watt

ESAI 01. Sebuah benda dilempar ke atas seperti lintasan berikut : 2 3

1

Tentukan pada posisi mana Ep dan Ek mencapai maksimum dan minimum ! 02. Sebuah pesawat terbang melaju dengan kecepatan 200 m/s2 pada ketinggian 150 m. Jika massa pesawat terbang tersebut 1000 kg dan percepatan gravitasinya 10 m/s2 maka tentukan energi mekaniknya ! 03. Sebuah mobil mogok didorong oleh 3 orang. Andi dengan gaya dorong 350 N, Budi dengan gaya 650 N dan Tono dengan gaya 250 N. Jika mobil itu berpindah sejauh 100 m dari tempat semula, tentukan : a. Usaha tiap-tiap orang b. Berapa besar gaya dorong mobil c. Berapa usaha yang dilakukan terhadap ` mobil itu 04. A

B 50 cm cm Massa Anto = 40 kg Massa Bardi = 50 kb

50

05. Benda 200 kg ditarik ke atas. Berapa besar gaya yang diperlukan dan keuntungan mekaniknya jika digunakan : a. Sebuah katrol tetap b. Sebuah katrol bergerak c.Sebuah takal yang terdiri atas 4 katrol