Usaha dan energi

261 Bab 9 Energi dan Usaha 261

Energi dan UsahaBAB 9

A. EnergiB. Pesawat Sederhana

Sumber: http://www.nightglow.gsfc.nasa.gov

262 IPA SMP Kelas VIII

Peta

Kon

sep

Ener

gi d

an U

saha

Peta Konsep

ener

gi

ener

gipo

tens

ial

jika

ada

usah

a

dapa

t men

ghas

ilkan

gaya

ener

giki

netik

sear

ah d

enga

n

perp

inda

han

cepa

tnya

dite

ntuk

an

dapa

t

beru

bah

bent

uk

mis

alny

a

men

jadi

Huk

um k

ekek

alan

en

ergi

berl

aku

daya

dipe

rmud

ah d

enga

n

pesa

wat

sed

erha

na

peng

ungk

itka

trol

dapa

t ber

upa

roda

dan

po

ros

bida

ng

miri

ng

sekr

upba

ji


Bagaimana cara kamu menggunakan energi setiap hari? Setiap aktivitas yang kamulakukan akan memerlukan pengeluaran energi yang tersimpan dalam tubuhmu. Beberapakegiatan, misalnya olah raga naik turun tangga memerlukan lebih banyak energi dibandingyang lain. Dalam Bab ini kamu akan mempelajari beberapa bentuk energi, usaha atau kerja,serta peralatan yang memudahkan kerja. Lakukan Kegiatan Penyelidikan di bawah ini, untukmenyelidiki keterkaitan aktivitas dengan penggunaan energi. Amatilah pula bagaimana kamubergantung pada sumber energi yang ada dalam dirimu.

1. Berdiri dan angkat kedua lenganmu setinggi pinggang, dan buka telapak tanganmu.Mintalah temanmu meletakkan beberapa buku pada tanganmu.

2. Angkatlah buku-buku tersebut hingga setinggi bahu, kemudian turunkan lagi tanganmu.Sekarang cobalah menahan buku tersebut.

3. Mintalah teman sekelasmu menambahkan 2 buku lagi. Ulangi kegiatan mengangkat bukutersebut.

4. Sambil tetap membawa buku, berjalanlah beberapa langkah di dalam kelas.5. Ulangilah kegiatan nomor empat, namun dengan menaiki undak-undakan yang ada di

sekolahmu.

Sumber: Dok. Penulis.

Energi dan UsahaBABBABBABBABBAB99999

Pikirkan energi yang terlibat saat kamu mencoba kegiatan berikut ini.

Kegiatan Penyelidikan

Kegiatan manakah yangmemerlukan banyak energi?Paparkan pemikiranmu, mengapakegiatan tersebut lebih banyakmemerlukan energi didalamJurnal IPAmu.


Apakah energi Itu?Kamu tentunya telah mengetahui berbagai contoh energi

yang dimanfaatkan saat ini. Hampir semua yang kamu lihatatau kerjakan melibatkan energi. Energi itu sesuatu yangagak misterius. Kamu tidak dapat menciumnya. Dalambanyak kejadian kamu tidak dapat melihatnya. Sebagaicontoh, cahaya adalah salah satu bentuk energi, dan tanpacahaya kamu tidak mampu melihat apapun. Kamu tidakdapat melihat listrik, tetapi kamu dapat melihat akibatnyasaat menyalakan lampu, dan kamu dapat merasakanakibatnya pada panas yang dihasilkan oleh kumparanpemanggang kue. Kamu tidak dapat melihat energi dalammakanan pada Gambar 9.1, tetapi kamu dapat melihat danmerasakan akibatnya ketika otot-ototmu menggunakanenergi tersebut untuk bergerak.

Energi Penyebab PerubahanJika sebuah bola kasti terbang di udara dan memecahkan

jendela, bola tersebut jelas mengubah jendela! Ketika sebuahbenda mempunyai kemampuan mengubah lingkungannya,dikatakan benda itu memiliki energi. Bola kasti mempunyaienergi dan melakukan usaha terhadap jendela menyebabkan

Kata-kata IPAenergi

energi kinetikenergi potensialenergi mekanik

hukum kekekalan energiusahadaya

Gambar 9.1Makanan yang bergizi dan seimbangmemberikan “bahan bakar” bagi tubuh.Energi yang tersimpan dalam makanandiubah dalam bentuk yang dapatdigunakan tubuh.

Sumber: http://www.sinarharapan.co.id.

EnergiA


jendela bergerak. Singkatnya, penggunaan energimelibatkan perubahan.

Secara tradisional, energi didefinisikan sebagaikemampuan untuk melakukan usaha, yakni menyebabkansesuatu berpindah. Tetapi ketika usaha ditunjukkan, selaluada perubahan. Hubungan ini memberikan definisi umumyang berguna. Energi adalah kemampuan untukmenyebabkan perubahan.

Perubahan bentuk energiJika kamu meminta teman-temanmu untuk memberikan

contoh-contoh energi, kamu mungkin akan mendapatkanjawaban yang berbeda-beda. Beberapa diantaranyamungkin menunjuk energi dalam api. Teman lain mungkinmemberikan energi yang dibutuhkan untuk lomba lari.Energi terjadi pada berbagai bentuk yang berbeda. Apimemiliki energi panas dan energi cahaya. Lemak yangtersimpan dalam tubuhmu mengandung energi kimia.

Sebagai penyebab berubahnya benda-benda, energi itusendiri seringkali mengalami perubahan dari satu bentukke bentuk lain. Perubahan bentuk energi terjadi di sekitarmusetiap hari. Ketika mobil terletakdi tempat panas sepanjang hari,energi gelombang cahaya berubahmenjadi energi panas yangmenghangatkan bagian dalammobil itu. Dalam api unggunseperti Gambar 9.2, energi kimiadi dalam kayu berubah menjadienergi cahaya dan energi panas.Selama perubahan bentuk,misalnya saat cahaya berubahmenjadi panas, banyaknya energitetap sama. Tak ada energi yanghilang atau bertambah. Han abentuk energi ang berubah, bukanban akn a energi.

Pemanfaatan perubahanbentuk energi, lebih lanjut dapatkamu pelajari pada bagianberikutnya.

Gambar 9.2Dalam api unggun, energi kimia dalamkayu diubah, atau berubah bentuk,menjadi energi panas dan cahaya.



Energi kinetik dan potensialTelah kamu ketahui bahwa energi dapat berada

dalam berbagai bentuk, misalnya cahaya, panas, dangerak. Sekarang bayangkan sebuah batu yang diam dipuncak tebing. Apabila batu tersebut didorong danbergerak, maka batu tersebut akan jatuh, dan bergerakmakin lama makin cepat. Batu yang bergerak tersebutmemiliki energi kinetik. Pada saat batu diam di puncakbukit, batu tersebut memiliki energi potensial.

Energi Kinetik: pada Benda BergerakBiasanya, ketika kamu berpikir tentang energi,

kamu berpikir tentang gerak. Energi kinetik adalahenergi dalam bentuk gerak. Roda sepeda yangberputar, anak-anak yang berlari dalam Gambar 9.3,dan plastik yang melayang semuanya memiliki energikinetik. Berapa besarnya? Energi ini bergantung padamassa dan kecepatan benda yang bergerak.

Semakin besar massa benda yang bergerak, energikinetiknya juga semakin besar. Demikian juga semakin cepatbenda bergerak, energi kinetiknya semakin besar. Truk yangbergerak pada 100 km/jam dalam Gambar 9.4 memilikienergi kinetik lebih besar dibanding sepeda motor yangbergerak dengan kelajuan yang sama. Tetapi sepeda motortersebut memiliki energi kinetik lebih besar daripada sepedamotor sejenis yang bergerak pada 80 km/jam.

Energi Potensial GravitasiEnergi tidak harus melibatkan gerakan. Walaupun tak

bergerak, suatu benda dapat memiliki energi yang tersimpan

Gambar 9.4Energi kinetik tiap-tiap kendaraan berbedakarena energi kinetik bergantung padamassa dan kecepatan.

Gambar 9.3Anak-anak yang sedang berlari inimenggunakan banyak energi. Kegiatanmacam apakah yang hanyamembutuhkan sedikit energi?

100 km/jam

100 km/jam80 km/jam


Sumber: cf. McLaughin & Thomson, 1997.


padanya, yang berpotensi menyebabkan perubahan jikaterdapat kondisi-kondisi tertentu. Energi potensial adalahenergi yang tersimpan. Besar energi potensial pada suatubenda bergantung pada kedudukannya atau kondisinya.

Pot bunga yang terletak di ambang jendela lantai duamemiliki energi potensial gravitasi karena kedudukannya.Jika terdapat sesuatu yang membuat pot tersebut bergeserdari ambang jendela, gravitasi menyebabkan pot tersebutjatuh ke tanah. Saat jatuh, energi potensial pot tersebutberubah menjadi energi kinetik.

Energi potensial pot bunga dalam Gambar 9.5berhubungan dengan jaraknya terhadap permukaan tanah.Lebih tinggi kedudukann a, energi potensialn a juga lebih besar.Pot bunga yang terletak pada lantai lima memiliki energipotensial lebih besar dibanding dengan pot pada lantai dibawahnya.

Jika pot bunga jatuh, gaya gravitasimempercepat gerak jatuhnya. Semakin tinggipot tersebut, kecepatan akhirnya juga semakinbesar. Jadi pot bunga yang jatuh dari lantaiyang lebih tinggi akan memiliki kecepatanlebih besar dan energi kinetik lebih besarketika tiba di permukaan tanah dibandingkandengan pot serupa yang jatuh dari lantai yanglebih rendah.

Besar energi potensial gravitasi padasebuah benda juga bergantung pada massabenda tersebut. Semakin besar massa sebuah benda,energi potensial gra itasi benda tersebut jugasemakin besar. Pot bermassa 10 kg yang beradapada lantai dua memiliki energi potensialgravitasi lebih besar daripada pot 5 kg yangterletak pada tempat yang sama.

Kamu telah mempelajari energi kinetikdan beberapa perubahan energi potensial.Perubahan lain energi potensial akandidiskusikan pada bagian berikutnya dalamsubbab ini. Gambar 9.5

Benda-benda yang dapat jatuh memilikisalah satu bentuk energi yaitu potensial.

Sungai berarus derasdan gletser yangbergerak perlahansama-sama memilikienergi kinetik. Batuanyang terletak setimbangdi bukit memiliki energipotensial. Buathipotesis yangmenunjukkan contoh-contoh lain energikinetik dan energipotensial di alam.

Sumber:cf. McLaughin & Thomson, 1997; cf.risko12057054.wordpress.com.


Kekekalan EnergiMungkin kamu pernah menaiki ayunan seperti yang

dinaiki anak pada Gambar 9.6. Cobalah ingat lagi sepertiapa mengayun maju dan mundurnya, tinggi dan rendahnya.Sekarang pikirkan tentang perubahan energi pada masing-masing gerakan tersebut.

Ayunan dimulai dengan suatu dorongan untukmembuatmu bergerak, yakni untuk memberikan sejumlah

energi kinetik padamu. Saatayunan naik, energi kinetikberubah menjadi energipotensial. Pada titik tertinggi,energi potensialn a juga terbesar.Kemudian, saat ayunan turun,energi potensial berubahmen-jadi energi kinetik.Pada titik terendahn a,energi kinetik-n a terbesardan energi potensialn aterkecil.

Gambar 9.6Penunggang ayunan ini mengalamiperubahan energi saat ayunan bergerak

A) Pada titiktertingginya, energimekanik berupaenergi potensial.

B) Saat ia mengayunmenuju bagianterendah, ia semakincepat dan energikinetiknya bertambah.Karena ke-tinggiannyaberkurang, pada saatitu energi potensialnyaberkurang.

C) Saat ketinggiannyabertambah pada sisilainnya, ayunan mulaimelambat dan kehilanganenergi kinetik. Saatketinggiannya bertambah,energi potensialnya jugabertambah.

D) Saat ia mencapaititik tertinggi danbersiap-siap untukmengayun lagi padaarah sebaliknya,energi mekanikayunan berupaenergi potensial.



Gambar 9.7Gravitasi menghasilkan gaya yangmenggerakkan papan luncur menurunipapan cekung. Perubahan energi apayang terjadi?

Ketika ayunan berlangsung maju dan mundur, energidiubah dari kinetik ke potensial ke kinetik, berlanjut danberlangsung terus-menerus. Secara bersamaan, energipotensial dan kinetik ayunan membentuk energi mekanik.Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan energipotensial dalam suatu sistem.

Kekekalan Energi Hukum AlamIlmuwan telah mempelajari bahwa pada situasi tertentu,

energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, tetapienergi totalnya tetap. Dengan kata lain, energi adalah kekal.Fakta ini dikenal sebagai hukum alam. Sesuai hukumkekekalan energi, energi dapat berubah bentuk, tetapi tidakdapat diciptakan dan dimusnahkan pada kondisi biasa.Hukum ini berlaku untuk sistem tertutup, yakni energi tidakmemasuki atau meninggalkan sistem itu.

Misalkan hukum kekekalan energi diterapkan kepadaayunan. Dapatkah kamu memperkirakan apakah ayunanbergerak maju mundur selamanya? Kamu tahu hal ini tidakterjadi. Ayunan melambat dan akhirnya berhenti. Kemanaperginya energi tersebut?

Gesekan dan hambatan udara selalu bekerja padaayunan dan penunggangnya, yang juga dialami oleh pemainskate pada Gambar 9.7. Gaya-gaya tersebut menyebabkanenergi mekanik ayunan berubah menjadi energipanas. Pada setiap gerakan ayunan, suhuayunan, penunggangnya, dan udara disekitarnya bertambah sedikit. Jadi energimekanik tidak hilang, tetapi berubahmenjadi energi panas.

Sumber: McLaughin & Thomson, 1997.

Kereta luncur mengangkatkamu tinggi-tinggi daritanah dan jugamenggerakkan kamupada kelajuan tinggi.Tubuhmu mengalamiberbagai perubahanenergi kinetik dan energipotensial. Buatlahhipotesis di titik manatubuhmu memiliki energikinetik terbesar.


Energi pada Tubuh ManusiaEnergi dalam bentuk apakah yang dapat kamu temukan

dalam tubuh manusia? Dengan tangan kananmu, pegangdan rasakan bahu kirimu. Saat melakukan gerakansederhana, kamu terlibat dalam pengubahan energi potensialkimia yang tersimpan dalam tubuhmu menjadi energikinetik berupa gerakan tanganmu saat melakukan usaha.Apakah bahumu terasa hangat oleh tanganmu? Sebagianenergi potensial yang tersimpan dalam tubuhmu digunakanuntuk menjaga suhu dalam tubuh konstan. Sebagian energijuga diubah menjadi panas yang terbuang ke lingkungansekitar. Walau-pun istirahat, orang dalam Gambar 9.8memerlukan pengubahan energi.

Proses kimia dan fisika yang kompleks juga tundukterhadap hukum-hukum fisika, termasuk hukum kekekalanenergi. Energi yang tersimpan dalam tubuhmu (misalnyaberupa lemak) berkurang ketika usaha yang dilakukan ataupanas terbuang dari tubuhmu ke lingkungan sekitarmu.Untuk menjaga berat badan yang sehat, kamu harusmenyeimbangkan antara energi yang diperoleh denganenergi yang dikeluarkan dari tubuhmu sebagai usaha ataupanas.

Makanan Energi Potensial Kimia KitaApa yang kamu makan untuk sarapan pagi ini?

Tubuhmu sibuk mengubah secara kimia makananmumenjadi molekul-molekul yang dapat bereaksi denganoksigen dan digunakan sebagai bahan bakar. Walaupunkamu tidak sarapan pagi ini, tubuhmu mengubah energi

yang tersimpan dalamlemak untuk kebutuhanmendadak sampai kamumakan lagi. Kamu mung-kin akrab dengan Kalorimakanan, yaitu satuanyang digunakan ahlinutrisi untuk mengukurberapa banyak energi yangkita dapatkan darimakanan tertentu. SatuKalori (dengan huruf kbesar) sama dengan satu

Gambar 9.8Orang ini tetap menggunakan energiwalaupun sedang istirahat. Jelaskanuntuk apakah penggunaan energidalam tubuhnya.



kilokalori atau sekitar 4180 joule. Setiap gram lemak yangdikonsumsi seseorang menyediakan energi 9 Kalori.Karbohidrat dan protein masing-masing menyediakanenergi sekitar 4 Kalori per gram.

Mengapa tubuhmu memerlukan sumber energi?Makanan menyediakan bahan bakar yang digunakan untukmenjaga suhu tubuh agar konstan, untuk membantu organ-organ tubuh, dan melakukan usaha saat kamumenggerakkan tubuhmu. Tabel 5-1 menunjukkanbanyaknya energi yang digunakan dalam melakukanberbagai aktivitas. Energi yang diperlukan masing-masingorang bergantung pada berbagai faktor seperti ukurantubuh, usia, jenis kelamin, faktor keturunan, dan tingkataktivitas sehari-hari. Dalam sub bab berikutnya, kamu akanmempelajari sumber-sumber dan penggunaan energi danbentuk-bentuk energi yang berbeda.

Setelah kamu memahami pengertian energi, energikinetik, dan energi potensial, terapkan lebih lanjutpemahamanmu dengan melakukan Kegiatan 9.1.

Tabel 5-1

Tidur 48 56 64Duduk 72 84 96Makan 84 98 112Berdiri 96 112 123Berjalan 180 210 240Bermain tenis 380 420 460Balap sepeda 500 600 700Berlari 700 850 1000

Energi yang Digunakan Selama 1 Jam (Kalori)

Jenis Kegiatan Ukuran TubuhKecil Sedang Besar

PenggunaanMatematika

Satu bungkus kecilkentang goreng me-ngandung sekitar 270Kalori. Dengan meng-gunakan Tabel 5-1,hitunglah berapa menitkamu harus berjalanuntuk “membakar” Kaloriini.


PermasalahanBagaimanakah kamu menggunakan sebuahmodel untuk menjawab pertanyaan tentangsituasi ayunan seperti yang dipaparkan diatas?

Merumuskan HipotesisPelajari gambar peralatan di samping. Apakahgambar ini mirip dengan situasi yangdipaparkan dalam pengantar di atas?Susunlah hipotesis mengenai apa yang terjadipada gerak ayunan dan ketinggian akhir jikaayunan dihentikan oleh penghalang melintang.

TujuanMampu merangkai ayunan untukmembandingkan perubahan energipotensial dan kinetik saat ayunandihentikan.Mampu mengukur ketinggian mula-muladan ketinggian akhir sebuah bandulayunan.

Alat dan Bahan yang MungkinDigunakan

statif dan klembatang berklem, 30 cmbandul ayunanbenang (1 m)mistarkertas grafik

Petunjuk KeselamatanYakinlah bahwa landasan cukup beratsehingga peralatan itu tidak roboh.


Merancang Sendiri PercobaanmuEnergi pada AyunanBa angkan dirimu bera un dalam a unan. Apa ang akan terjadi seandain atemanmu menghentikanmu dengan menahan tali a unan pada bagian tengahn asaat kamu melintas pada titik terendah? Apakah kamu akan langsung berhenti ataukahmeneruskan gerakanmu hingga mencapai ketinggian maksimum?

PERSIAPAN


1. Sebagai satu kelompok, tulis hipotesis kalian dan buaturutan langkah-langkah yang kamu perlukan untukmengujinya. Buat secara terperinci. Buat pula daftarperalatan yang kamu perlukan.

2. Jika kamu memerlukan tabel data, rancanglah tabel tersebutdalam buku IPA-mu.

Menguji Rancangan1. Susun peralatan seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Yakinlah bahwa batang penahan berpotongan dengan taliayunan.

2. Temukan cara untuk mengukur ketinggian mula-mula danakhir dari ayunan itu. Catat ketinggian mula-mula dan akhirdalam tabel data.

3. Putuskan bagaimana kamu akan melepaskan bandul dariketinggian yang sama.

4. Yakinkan bahwa kamu mencoba awalan ayunanmu baik diatas dan di bawah ketinggian batang penahan. Berapakalikah kamu sebaiknya mengulangi setiap jenis ayunan?

9. Yakinlah bahwa gurumu menyetujui rancanganmu dankamu telah memasukkan perubahan yang disarankandalam rancanganmu.

1. Lakukan percobaan sesuai rencana.2. Saat percobaan berlangsung, tulis hasil-hasil pengamatan

yang kamu lakukan dan lengkapi tabel dalam buku IPA-mu.

Analisis dan Aplikasi1. Ketika bandul dilepas dari ketinggian yang sama dengan

tinggi penahan, apakah ketinggian akhir dari bandul samadengan ketinggian awalnya? Komunikasikan denganmenjelaskan mengapa ya atau mengapa tidak.

2. Ramalkan, apa yang akan terjadi bila ketinggian awalnyalebih tinggi dari penahan?

3. Analisislah perpindahan energinya. Pada posisi manakahbandul memiliki energi kinetik terbesar? Energi potensialterbesar?

Apa yang terjadi jikamassa banduldiperbesar? Coba-lah. Apa pengaruhbertambahnyamassa penung-gangterhadap orang yangmeng-hentikanayunan?

Selanjutnya

MERENCANAKAN PERCOBAAN


MELAKSANAKAN PERCOBAAN


Apakah usaha Itu?Bagi sebagian besar orang, kata usaha atau kerja berarti

sesuatu yang mereka lakukan untuk memperoleh uang.Dalam arti ini usaha dapat berupa mencatat pesananmakanan di restoran atau berangkat mengajar atau kerjakantor. Pengertian usaha dalam fisika berbeda denganpengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari. Dalamfisika, agar usaha berlangsung, ga a harus dikerahkan hinggamenempuh jarak tertentu.

Menghitung UsahaDalam kasus berikut usaha manakah yang lebih banyak

kamu lakukan, mengangkat sebungkus permen dari lantaike keranjang ataukah mengangkat setumpuk buku melintasijarak yang sama? Manakah usaha yang lebih banyakdilakukan oleh wanita pada Gambar 9.9, mengangkat bukusetinggi pinggangnya ataukah mengangkat buku hingga di

atas kepalanya? Besar usaha yangdilakukan bergantung pada besar danarah ga a yang dikerahkan danperpindahan benda selama gayadikenakan.

Ketika sebuah ga a bekerja padaarah ang sama dengan arah gerak benda,usaha dapat dihitung dengan cara

usaha = ga a x jarak W = F x d

Gambar 9.9Usaha (kerja) dilakukan terhadap buku ketika buku itudiangkat dari lantai. Pemuda tersebut tidak melakukanusaha terhadap bukunya.



Usaha, seperti halnya energi,bersatuan joule. Joule adalah namailmuwan Inggris, James PrescottJoule. Satu joule sama dengan satunewton-meter (N.m), yakni besarnyausaha yang dilakukan ketika gayasatu newton bekerja sepanjang satumeter. Orang dalam Gambar 9.10 itusedang melakukan usaha.

Dalam masalah di bawah ini,kamu diharapkan berlatih untukmenghitung usaha yang dilakukanoleh gaya tetap.

Menghitung UsahaSoal Contoh:Ransel siswa beratnya 30 N. Seorang siswa mengangkatnya dari lantai ke meja yangtingginya 1,5 m. Berapakah usaha yang dilakukan terhadap ransel tersebut?

Langkah-langkah Pemecahan Masalah:1. Apa yang diketahui? Berat ransel, F = 30 N; jarak, d = 1,5 m2. Apa yang tidak diketahui? Usaha, W3. Gunakan persamaan W = F x d4. Penyelesaian: W = 30 N x 1,5 m

= 45 N.m = 45 JSoal-soal Latihan:1. Seorang tukang kayu mengangkat balok 450 N setinggi 120 cm. Berapakah usaha

yang dilakukan terhadap balok itu?2. Seorang penari mengangkat balerina 400 N di atas kepalanya pada jarak 1,4 m

dan menahannya selama beberapa detik. Berapakah usaha yang dilakukanpenari itu pada saat mengangkat balerina? Selama menahan balerina di ataskepalanya?

Gambar 9.10Bagaimanakah kamu meng-hitungusaha yang dilakukan orang ini?


Penggunaan Matematika


Terdapat 2 faktor yang harus diingat bila memutuskanapakah terdapat usaha yang dilakukan: benda harus bergerak,dan arah gerakann a tidak tegak lurus dengan arah ga a angdikerahkan. Jika kamu mengangkat setumpuk buku darilantai, kamu melakukan usaha terhadap buku itu. Bukutersebut bergerak ke atas, sesuai arah gaya yang dikerahkan.Jika kamu menahan buku itu, tidak ada usaha yangdilakukan terhadap buku. Gaya ke atas tetap dikerahkan(untuk menjaga buku agar tidak jatuh), tetapi tidak adagerakan yang terjadi. Demikian juga jika kamu menentengbuku melintasi lantai dengan kecepatan tetap. Kamu tidakmelakukan usaha terhadap buku itu. Kejadian ini sepertianak pada Gambar 9.11, yang tidak melakukan usahaterhadap tas ranselnya. Gaya yang bekerja terhadap bukutetap ke atas, atau vertikal, tetapi gerakan kamu melintasilantai adalah mendatar atau horisontal.

Perhatikan bahwa pada saat usaha dilakukan padasebuah benda, selalu terjadi perubahan gerakan pada bendaitu. Telah kamu ketahui bahwa gerak merupakan salah satubentuk energi. Jadi usaha merupakan pemindahan energimelalui gerak.

DayaMisalkan kamu dan temanmu mengangkat kotak-kotak

dari lantai ke atas rak. Berat kotak-kotak itu sama, tetapitemanmu mampu mengangkat kotak lebih cepat daripadakamu. Temanmu mengangkat kotak dalam waktu 15 sekon,sedangkan kamu 20 sekon. Apakah usaha yang kalianlakukan sama? Ya. Hal ini benar, karena berat kotak samadan jaraknya juga sama. Perbedaannya hanyalah waktuyang kalian perlukan untuk melakukan usaha.

Temanmu memiliki daya lebih besar daripada kamu.Daya adalah cepatnya usaha dilakukan. Dengan kata lainda a adalah usaha ang dilakukan tiap satuan aktu. Untukmenghitung daya, bagilah usaha yang dilakukan denganwaktu yang diperlukan untuk melakukan usaha.

Gambar 9.11Usaha yang dilakukan anak initerhadap tas sama dengan nol,walaupun tas ransel yang dibawanyaberpindah tempat. Hal ini disebabkanarah gaya yang dikerahkan anak ituterhadap benda tidak searah denganperpindahan benda.

F

d

usaha

waktudaya =

W

tP =



Penggunaan Matematika

Daya diukur dalam satuan watt, sesuai nama James Watt, yangmenemukan mesin uap. Satu watt (W) adalah satu joule per sekon.Daya satu watt relatif kecil, kurang lebih sama dengan daya untukmengangkat segelas air dari lututmu ke mulutmu dalam waktu satusekon. Karena watt merupakan satuan yang kecil, untuk daya yanglebih besar seringkali dinyatakan dalam kilowatt. Satu kilowatt (kW)sama dengan 1000 watt.

Besar daya berbagai peralatan dituliskan dalam satuan watt. Besardaya ini dapat digunakan untuk membandingkan cepatnya mesinmelakukan usaha. Jika besar usaha yang sama dilakukan dengankecepatan berbeda, diperlukan mesin dengan daya yang berbeda.Pelajarilah contoh soal di bawah ini untuk melihat bagaimana usahadan daya berkaitan, kemudian kerjakan soal-soal latihannya.

Menghitung DayaSoal Contoh:Seorang pemain akrobat mengangkat rekannya, yang beratnya 450 N, setinggi 1,0 mdalam waktu 3,0 sekon. Berapakah daya yang diperlukan?

Langkah-langkah Pemecahan Masalah:1. Apa yang diketahui? Gaya, F = 450 N

jarak, d = 1,0 mwaktu, t = 3,0 s

2. Apa yang tidak diketahui? daya, P

3. Pilih persamaan

4. Penyelesaian:

Soal-soal Latihan:1. Berapakah daya yang diperlukan seseorang yang beratnya 50 N untuk menaiki tangga

setinggi 3 m dalam waktu 5 sekon?Bantuan Strategi: watt adalah satuan turunan. Satuan-satuan apakah yangmenyusunnya?

2. Sebuah mesin pengeruk dengan daya 50 kW mengerjakan gaya 5000 N untukmendorong tanah sejauh 200 meter. Berapakah waktu yang diperlukan mesin itu?Bantuan Strategi: atur kembali persamaannya.

W

tP =

F x d

t=

P = = 150 W450 N x 1,0 m3,0 s


1. Bayangkan kamu berdiri di atas anak tangga dan kamu menjatuhkanbola basket. Pantulan pertama adalah yang tertinggi. Masing-masing pantulansesudahnya akan semakin kecil hingga bola berhenti memantul. Jelaskan perubahanenergi yang terjadi, dimulai saat bola jatuh.

2. Peserta suatu lomba memenangkan hadiah dengan mendorong bola boling sejauh 20 m.Usaha yang dilakukan sebesar 1470 J. Berapakah besar gaya yang dikerahkan orang itu?

3. Misalkan kamu mengangkat seember air yang beratnya 150 N setinggi 1,5 m dalam waktu2 s. Berapakah daya yang kamu perlukan?

4. Berpikir Kritis: Berbagai diskusi difokuskan terhadap kebutuhan tentang mengendaraimobil yang lebih efisien dan menggunakan sedikit listrik. Jika hukum kekekalan energibenar, mengapa orang menaruh perhatian terhadap penggunaan energi?

Intisari Sub Bab

Bina KeterampilanMembandingkan dan Membedakan

Bandingkan dan bedakan usaha dalam arti sehari-hari dengan definisi ilmiah.Beri contoh usaha dalam istilah sehari-hari yang bukan termasuk usaha menurutarti ilmiah.

Tubuhmu menggunakan energi untuk menggerakkankamu memasuki kamar. Dari manakah asal energi ini? DalamJurnal IPA-mu, tulislah sebuah paragraf yang memaparkan darimanakah kebutuhan energimu ini. Runut balik perubahan-perubahan energi tersebut sebanyak yang kamu bisa.

Usaha dan energi

Documents