usaha dan energi - · pdf filepahami contoh soal yang ada, kemudian kerjakan uji kompetensi...

USAHA DAN ENERGI KELAS XI SEMESTER I

Bagi Guru 1. Sebelum menggunakan bahan ajar ini, guru diharapkan dapat membagi peserta didik menjadi

beberapa kelompok, minimal dalam satu kelompok terdiri dari 4 orang. 2. Guru mengarahkan peserta didik bekerja sama didalam kelompoknya untuk mengerjakan

Lembar Kerja (LK) yang terdapat dalam bahan ajar ini. 3. Sebelum melakukan praktikum, guru terlebih dahulu menyiapkan alat dan bahan yang

terdapat didalam bahan ajar untuk mempermudah peserta didik dalam melaksanakan

praktikum. 4. Hasil evaluasi dapat dikoreksi dengan cara mencocokkannya dengan lembar respon balikan

(feedback), apabila peserta didik mengalami kesulitan guru diharapkan dapat menuntun dan

mengarahkannya.

Bagi Peserta didik Bacalah petunjuk belajar berikut dengan cermat untuk mempermudah ananda

menggunakan bahan ajar ini !

1. Berdoalah dengan khusyuk setiap akan memulai pembelajaran.

2. Jangan lupa membaca KI, KD, dan tujuan pembelajaran dari materi ini.

3. Bacalah referensi lain yang berhubungan dengan materi dalam Bahan Ajar ini untuk

menambah wawasan anda.

4. Pahamilah peta konsep yang telah disajikan.

5. Pelajari setiap materi yang diberikan bila perlu garis bawahi hal – hal yang menurut ananda

penting.

6. Pahami contoh soal yang ada, kemudian kerjakan uji kompetensi yang talah disediakan.

7. Temukanlah nilai – nilai karakter yang terdapat pada materi Usaha, Energi dan Daya.

8. Terapkanlah nilai-nilai karakter yang telah ananda dapatkan pada materi ini dalam kehidupan

sehari-hari

9. Bacalah panduan yang terdapat pada Lembar Kerja (LK), dan mulailah mengerjakannya

dengan teman sekelompok ananda.

10. Kerjakanlah evaluasi pada materi ini dengan cermat dan teliti.

11. Bila dalam mengerjakan tugas/soal anda menemukan kesulitan, konsultasikan dengan guru

pembimbing.

12. Ananda dapat melihat seberapa besar pemahaman ananda pada materi ini dengan

mencocokkan jawaban hasil evaluasi ananda dengan lembaran feedback yang ada di halaman

belakang bahan ajar ini.

Untuk mempermudah mempelajari bab ini, silahkan ananda perhatikan peta konsep berikut !

Usaha danEne

rgi

Usaha Energi

Daya

Waktu

EnergiKinetik

Energipotensial

EnergiMekanik

PerubahanEnerg

i

Kekekalan

EnergiMek

anik

Peta Konsep

Kompetensi Inti

KI. 1 Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang

dinutnya

KI. 2 Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, displin,

tanggungjawab, peduli(gotong-royong), kerjasama, toleran,

damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap

sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam

berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam

serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dlam

pergaulan dunia.

KI.3 Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan

faktual, konseptual,prosedural, dan metakognitif berdasarkan rasa

ingin tahunya tentang ilmu pengetahuan, teknologi,seni,budaya,

dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan,

kenegaraan, dan peradaban,terkait penyebab fenomena dan

kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang

kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk

memecahkan masalaah.

KI.4 Mengolah,menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan

ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang

dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak secara efektif

dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah

keilmuan.

Kompetensi Dasar

1.1 Bertambah keimanannya dengan

menyadari hubungan keteraturan

dan kompleksitas alam dan jagad

raya terhadap kebesaran Tuhan

yang menciptakannya.

1.2 Menyadari kebesaran Tuhan

yang menciptakan dan mengatur

alam jagad raya melalui

pengamatan fenomena alam fisis

dan pengukurannya

2.1 Menunjukkan perilaku ilmiah

(memiliki rasa ingin tahu;

objektif; jujur; teliti; cermat;

tekun; hati-hati; bertanggung

jawab; terbuka; kritis; kreatif;

inovatif dan peduli lingkungan)

dalam aktivitas sehari-hari

sebagai wujud implementasi

sikap dalam melakukan

percobaan, melaporkan, dan

berdiskusi.

2.2Menghargai kerja individu dan

kelompok dalam aktivitas sehari-

hari sebagai wujud implementasi

melaksanakanpercobaan dan

melaporkan hasil percobaan

3.3Menganalisis konsep energi,

usaha, hubungan usaha dan

perubahan energi, dan hukum

kekekalan energi untuk

menyelesaikan permasalahan

gerak dalam kejadian sehari-hari

4.3Memecahkan masalah dengan

menggunakan metode ilmiah

terkait dengan konsep usaha,

energi, daya, dan kekekalan

energi

Indikator Pencapaian

Kompetensi

Pertemuan 1

1.1.1 Meyakini kebesaran Allah yang

telah menciptakan semua yang

ada di bumi diperuntukkan

untuk umatNya agar dikelola

dan dimanfaatkan dalam rangka

mengabdi kepada Allah SWT

3.3.2 Bertanggung jawab merawat

dan menjaga keseimbangan

alam agar tidak terjadi

kerusakan

2.1.1Menunjukkan perilaku

jujur,disiplin,tanggung jawab,

peduli, santun, responsif dan

pro aktif dalam melakukan

percobaan sebagai wujud

implementasi sikap dalam

melakukan percobaan dan

berdiskusi

2.2.1Menghargai pendapat teman


dalam melaksanakan diskusi

3.2.1Menjelaskan perbedaan

pengertian usaha dalam fisika

dan usaha dalam kehidupan

sehari-hari

3.2.2Mendeskripsikan hubungan

antara usaha, gaya, dan

perpindahan

3.2.3 Menganalisis usaha dari grafik

gaya sebagai fungsi gerak

Tujuan Pembelajaran Karakter

Setelah kegiatan mengamati, eksperimen, diskusi kelompok,

dalam pembelajaran usaha dan energi diharapkan peserta didik

dapat:

1.1.1 Allah yang telah menciptakan semua yang ada di bumi

diperuntukkan untuk umatNya agar manusia berusaha

mengelola dan memanfaatkannya dalam rangka mengabdi

kepada Allah SWT

2.1.1 Menunjukkan perilaku jujur,disiplin,tanggung jawab,

peduli, santun, responsif dan pro aktif dalam melakukan

percobaan sebagai wujud implementasi sikap dalam

melakukan percobaan dan berdiskusi

2.1.2 Memiliki rasa ingin tahu, objektif, cermat, hati-hati, kritis,

kreatif dan inovatif yang tinggi tentang konsep usaha,

konsep energi, hubungan usaha dan perubahan energi, dan

hukum kekekalan energi untuk menyelesaikan

permasalahan gerak dalam kejadian sehari-hari

2.1.3 Menghargai pendapat teman sebagai wujud implementasi


3.3.1 Menjelaskan perbedaan pengertian usaha dalam fisika dan

usaha dalam kehidupan sehari-hari

3.3.2 Mendeskripsikan hubungan antara usaha, gaya, dan

perpindahan

3.3.3 Menganalisis grafik hubungan gaya dengan fungsi jarak.

4.3.1 Mencoba melakukan percobaan tentang usaha

Religius, rasa

ingin tahu,

objektif, jujur,

teliti, cermat,

tekun, hati-hati,

bertanggung

jawab,terbuka,

kritis, kreatif,

inovatif, peduli

lingkungan,

keterampilan

menggunakan alat

percobaan,

melakukan

percobaan secara

sistematis.

Dalam percakapan sehari-hari kita sering menggunakan kata usaha, dimana usaha

diartikan sebagai segala sesuatu yang dikerjakan oleh manusia. Misalnya Yaya berusaha

mempelajari materi kinematika yang akan diujikan minggu depan, dan seperti pada gambar

1.(a), Handi yang berusaha sekuat tenaga untuk mendorong dinding tetapi dinding tidak

bergerak. Jadi, usaha dalam kehidupan sehari-harimerupakan kegiatan yang dilakukan oleh

manusia, tanpa memperdulikan tercapai atau tidak tujuannya.Apakah pengertian usaha dalam

Fisika?

A Usaha

Sumber: www.findingdulcinea.com

Ananda pasti tahu

permainan roller

coaster seperti gambar

disampingkan?Permain

an ini terkenal

sangatmenakutkan.Tap

i sungguh

mengherankan,

ternyata roller coaster

yang bergerak dengan

kecepatan luar biasa

itu tidak mempunyai

mesin.

Padahal sebagian besar kendaraan yang

kita naiki seperti mobil atau kereta api

mendapat tenaga dorong dari mesin.

Kalau begitu, tahukah ananda

bagaimana roller coaster yang tidak

memiliki alat pendorong bisa bergerak

dengan cepat?Nah, untuk mendapatkan

jawabannya ikutilah pembahasan

berikut ini.

Nilai Karakter :

Pastinya ananda semua

penasaran dengan pertanyaan

diaatas kan? Kalau ananda

penasaran berarti ananda telah

memiliki karakter rasa ingin

tahu. Garis bawahilah materi

yang ananda anggap penting

sesuai dengan tujuan

pembelajaran untuk melatih

ananda bekerja keras belajar.

Setelah memahami kedua ilustrasi tersebut, terlihat bahwa Budi merupakan

anak yangkritis.Untuk melakukan suatu pekerjaanBudi berfikir terlebih dahulu agar

tidak melakukan hal yang sia-sia. Hal ini terlihat dari meja yang

didorong oleh Budi dapat berpindah dari a ke b. Sedangkan

Handibukan merupakan anak yang kritis karena Handi melakukan

sesuatu yang sia-sia, terlihat dari dindingnya yang didorong sekuat

tenaga namun tidak bergerak (diam) sehingga perpindahannya nol.

Pada gambar 2. Menunjukkan gaya F yang

bekerja pada benda yang terletak pada bidang

horizontal sehingga benda berpindah sejauh s. Maka

gaya F melakukan usaha sebesar W, yang dapat

dirumuskan secara matematis sebagai berikut : Gambar 2. Usaha dilakukan oleh gaya F

Keterangan :

W = usaha (joule)

F = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)

s = perpindahan (m)

s

(a) (b)

Gambar 1. Seseorang yang sedang melakukan usaha;

(a) mendorong dinding, (b) mendorong meja

Dalam fisika, usaha merupakan segala

sesuatu yang dilakukan oleh gaya pada

sebuah benda, yang menyebabkan

benda bergerak pada jarak tertentu.

Sebagai contoh terlihat pada gambar

1.(b), dimana budi mendorong meja

dengan sekuat tenaga sehingga meja

berpindah dari posisi a ke b. Akan

tetapi apabila meja yang didorong budi

tidak berpindah maka budi dikatakan

tidak berusaha.

(1)

10

Mila Anggela / 12733

Baik gaya maupun perpindahan merupakan besaran vektor. Sesuai

dengan konsep perkalian titik antara dua buah vektor, maka usaha

W merupakan besaran skalar. Dalam sistem satuan SI, satuan usaha

adalah Joule, yang dilambangkan dengan huruf J. Satu Joule

didefinisikan sebagai besarnya usaha yang dilakukan oleh sebuah

gaya 1 Newton yang bekerja searah dengan perpindahan benda,

yang menyebabkan benda berpindah sejauh 1 meter. Dengan

demikian,

Ingat : Pada kasus a), walaupun anak tersebut mengeluarkan keringat

untuk menahan kotak diatas kepalanya, tetapi ia dikatakan tidak

melakukan usaha.

Dalam kehidupan, untuk mencapai suatu tujuan kita harus bekerja

1 joule = 1 newton x 1 meter

1 J = 1 N m

Untuk Usaha yang lebih besar,

biasanya digunakan satuan

kilojoule (kJ) dan megajoule (MJ).

1 kJ = 1000 J

1 MJ = 1000 000 J

Seorang anak mengangkat sebuah kotak dengan gaya 160 N. Hitunglah usaha yang telah

dilakukan anak tersebut ketika :

a) Anak tersebut diam di tempat sambil menyangga kotak di atas kepalanya. b) Anak tersebut mengangkat kotak dan bergerak sejauh 10 meter,

Penyelesaian

Diketahui : F = 160 N

Ditanya : a) W = .....? jika s = 0

b) W = .....? jika s = 10 m

Jawaban : a) Ketika anak mengangkat kotak diatas kepala tetapi tetap diam di tempat :

Maka s = 0

Sehingga W = F.s

= (160 N) (0)

= 0

b) Ketika bergerak sejauh 10 m : Maka s = 10 m

Sehingga W = F.s

= (160 N) (1 m)

=1600 joule

keras,melangkah setahap demi setahap ke depan. Jika kita selalu melangkah maju

ke depan maka dapat dikatakan kita melakukanperubahan dari keadaan semula.

Sedangkan jika kita diam, tidak melakukan apa-apa maka tujuan kita tidak akan

pernah tercapai, karena tidak terjadi perubahan apa-apa dalam hidup kita.

1. Usaha yang Dilakukan Gaya Membentuk Sudut Sembarang

Gambar 3. Usaha dilakukan oleh gaya yang membentuk sudut

Perhatikan gambar 3. Toni menarik balok dengan suatu gaya konstan Fdan

menyebabkan balok berpindah sejauh s dan tidak searah dengan gaya F. Komponen gaya

yang segaris dengan perpindahan adalah Fx = F cos , dengan merupakan sudut apit antara

arah gaya dan bidang horizontal. Berdasarkan defenisi usaha tersebut dapat diperoleh

persamaan sebagai berikut.

Keterangan :

W = usaha (joule)

F = gaya yang sejajar dengan perpindahan (N)

s = perpindahan (m)

= sudut antara F dan s

Menurut ananda mana yang lebih mudah menarik balok tanpa menggunakan tali,

atau menggunakan tali? Tentu lebih mudah menggunakan tali kan? Coba bayangkan

bila Toni menarik balok tanpa bantuan tali, pekerjaan yang dilakukan oleh Toni akan

terasa berat. Toni merupakan anak yang kreatif dan kritis, agar pekerjaan yang

dilakukannya lebih cepat selesai maka Toni menggunakan tali sebagai alternatif

untuk menghemat tenaga yang dimilikinya. Untuk itu, dalam mengerjakan tugas yang

telah diberikan oleh guru diharapkan ananda dapat menyelesaikan tugas dengan

cara yang tepat dan carilah informasi dari berbagai sumber. Agar pekerjaan yang

telah diberikan guru dapat terselesaikan dengan mudah dan tepat pada waktunya.

s

W =

= F cos . (2)

Sekarang coba perhatikan contoh soal dibawah ini dengan teliti!

Dari contoh 1.2, dimana kereta mainan yang ditarik tanpa menggunakan tali ternyata

membutuhkaan usaha yang lebih besar untuk mencapai jarak 10 m daripada menarik kereta

dengan menggunakan tali yang membentuk sudut 30o.

Hal ini dapat kita ambil hikmahnya yakni dalam mengejar prestasi dan

kesuksesan,kita akan melalui banyak hambatan dan tantangan, untuk itu kita harus

dapat memikirkan cara yang lebih efektif dan selalu memperbaharui serta

mengkreasikan setiap langkah sehingga kita memperoleh strategi-strategi baru

(menggunakan tali) untuk melalui tantangan tersebut dengan maksimal (jarak yang

sama) tanpa melakukan hal yang sia-sia.

2. Usaha yang Dilakukan oleh Berbagai Gaya

Pada kehidupan sehari-hari, jarang dijumpai adanya gaya tunggal yang bekerja pada

benda. Misalnya, saat Ananda berjalan. Gaya-gaya yang bekerja pada saat Ananda berjalan

adalah gaya berat, gaya normal, dan gaya gesekan. Bagaimanakah cara menentukan usaha

yang dilakukan oleh berbagai gaya? Untuk dapat menentukan usahanya, Ananda harus

mengetahui besar gaya dan arahnya.

Sebuah kereta mainan ditarik oleh seorang anak kecil dengan gaya sebesar 10 N. Jika kereta

mainan tersebut bergerak sejauh 10 m, berapakah usaha yang telah dilakukan oleh anak

kecil tersebut

a) Kereta mainan ditarik secara horizontal tanpa menggunakan tali.

b) Kereta mainan ditarik menggunakan tali sehingga membentuk sudut 30o.

Penyelesaian

Diketahui :F = 10 N

s = 10 m

Ditanya:a) W = ....? jika s = 10 m

b) W = ....? jika s = 10 m membentuk sudut 30o.

Jawaban : a) Kereta mainan ditarik secara horizontal tanpa menggunakan tali.

Maka W = F s

= (10 N) (10 m)

= 100 joule

b) Kereta mainan ditarik menggunakan tali sehingga membentuk sudut 30o.

Maka W = F s cos = (10 N) (10 m) cos 30o

= 100 ( 0,5 )

= 50 joule

13

a. Masing – masing gaya bekerja serentak pada perpindahan yang sama

Usaha total yang dilakukan oleh beberapa gaya yang bekerja serentak dapat dihitung

sebagai hasil kali resultan komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dan besarnya

perpindahan.

(3)

Perhatikan gambar di bawah ini! Ada dua orang peserta didik A dan B menarik

peti yang terletak pada lantai.

Tentukanlah besar perpindahan peti yang ditarik oleh peserta didik A dan B jika

besarnya gaya kedua peserta didik tersebut masing-masing 10 N dan 20 N dan

usaha yang dikerahkan 72 joule!

Penyelesaian

Diketahui : FA = 10 N

FB = 20 N

A = 370

B = 600

W = 72 J

Ditanya:s = …?

Jawaban :

72 J =(FA + FB)s

72 J = ( 10 cos 37 + 20 cos 60 ) s

72 J = ( 10 . 0,8 + 20 . 0,5 ) s

72 J = ( 8 + 10 ) s

s = = 4 m

14

b. Masing-masing gaya bekerja pada perpindahan yang berbeda

Mengingat bahwa usaha adalah besaran skalar, maka usaha yang dilakukan oleh

beberapa gaya pada perpindahan yang berbeda dapat dihitung sebagai hasil penjumlahan

aljabar dari usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya secara individual. Secara

matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Perhatikan usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya seperti terlihat pada gambar 4

berikut!

Gambar 4. Usaha yang dilakukan oleh beberapa gaya pada

perpindahan yang berbeda

Berdasarkan gambar disamping,

diperoleh besarnya usaha yang

dilakukan adalah

\

(4)

Perhatikan gambar di bawah ini! Ada dua orang peserta didik A dan B menarik

peti yang terletak pada lantai.

Tentukanlah besar dan arah perpindahan peti yang ditarik oleh peserta didik A

dan B jika besarnya gaya kedua peserta didik tersebut masing-masing 10 N dan

20 N dan usaha yang dikerahkan 8 joule!

Dari contoh 1.3 dan contoh 1.4, terlihat bahwa apabila gaya yang bekerja searah maka

perpindahan yang diperoleh lebih besar, sedangkan apabila gaya yang bekerja tidak searah

maka perpindahan pun lebih kecil.

Begitu juga dalam kehidupan ini, apabila didalam kelompok kita

bekerja sama dengan tujuan (arah) yang sama maka hasil

(perpindahan) yang akan diperoleh lebih besar. Dan jika salah

satu dari kelompok ada yang berbeda pendapat (arah) maka

sesuatu yang kita kerjakan tidak akan cepat terselesaikan.

2. Menghitung Usaha dengan Grafik

Usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya dapat dilukiskan secara grafis, yaitu dengan

menarik garis komponen gaya sebagai fungsi perpindahannya.Perhatikanlah Gambar 5! Luas

daerah diarsir di bawah grafik F– s menyatakan usaha yang dilakukan oleh gaya sebesar F

untuk perpindahan benda sejauh s.

Gambar 5. Grafik F terhadap s

Mari kita hitung usaha yang tergambar pada grafik gaya terhadap perpindahan diatas,

W = Luas persegi panjang

= panjang x lebar

= F ∆s= F (s2 – s1)

s(m) s1 s2

F (N)

Penyelesaian

Diket : FA = 10 N

FB = 20 N

A = 370

B = 600

W = 4 J

Ditanya:s = …?

Jawaban :

4 J = (-FA +FB) s

4 J = (-10 cos 37 + 12 cos 60 )s

4 J = (-10 . 0,8 + 20 . 0,5 ) s

4 J = (-8 + 10 )s

s = = 2 m

Lalu bagaimana menentukan besarnya usaha, jika gaya yang diberikan tidak teratur.

Misalnya, saat 5 sekon pertama, gaya yang diberikan pada suatu benda membesar dari 2 N

menjadi 8 N, sehingga benda berpindah kedudukan dari 3 m menjadi 12 m. Untuk

menentukan kerja yang dilakukan oleh gaya yang tidak teratur, maka kita gambarkan gaya

yang sejajar dengan perpindahan sebagai fungsi jarak s. Kita bagi jarak menjadi segmen-

segmen kecil s. Untuk setiap segmen, rata-rata gaya ditunjukkan dari garis putus-putus.

Kemudian usaha yang dilakukan merupakan luas persegi panjang dengan lebar s dan tinggi

atau panjang F. Jika kita membagi lagi jarak menjadi lebih banyak segmen, s dapat lebih

kecil dan perkiraan kita mengenai kerja yang dilakukan bisa lebih akurat. Pada limit s

mendekati nol, luas total dari banyak persegi panjang kecil tersebut mendekati luas dibawah

kurva.Jadi usaha yang dilakukan oleh gaya yang tidak

beraturan pada waktu memindahkan sebuah benda antara

dua titik sama dengan luas daerah di bawah kurva.

Pada contoh di samping :

W = ½ (∆F) (∆ s) + (F) (∆s)

= ½ ( 8 - 2 )( 12 – 3 ) + (2) (12-3)

= 27 joule + 18joule = 45 joule

Untuk menghitung usaha yang dilakukan oleh gaya yang berubah-ubah tidaklah satu

cara. Misalkan pada contoh 1.4 diatas, dapat dilakukan dengan cara menambahkan ketiga

usaha dibawah kurva atau menggunakan rumus untuk mencari luas trapesium.

Sebuah gaya yang besarnya berubah-ubah bekerja pada sebuah benda,

menyebabkan benda berpindah sejauh 25 meter dengan grafik seperti gambar

dibawah ini. Tentukanlah besar usaha yang dilakukan !

Penyelesaian

Cara I( Cari usaha tiap-tiap daerah kemudian ditambahkan)

WI =

=

F (N)

s(m) 5 10 15 20 25 30

6

WII =

=

=

WIII =

=

Wtotal = WI + WII + WII

= 15 J + 90 J+ 15 J

= 120 joule

Cara II (Luas daerah trapesium)

W = Luas daerah yang diarsir

=

=

=

= 120 joule

I II III

Kompetensi Dasar










dan pengukurannya











berdiskusi.
















energi


Kompetensi

Pertemuan 2










kerusakan








berdiskusi




3.3.1 Menghitung besar energi

potensial (gravitasi dan pegas)

3.3.3 Menganalisis hubungan usaha

dengan energi potensial



dalam pembelajaran energi potensial diharapkan peserta didik

dapat:

1.1.1 Bersyukur pada Allah yang telah menciptakan air terjun

yang memiliki energi potensial besar sehingga bermanfaat

bagi manusia sebagai salah satu sumber energi












3.3.1 Menghitung besar energi potensial (gravitasi dan pegas)

3.3.2 Menganalisis hubungan usaha dengan energi potensial

4.3.1 Mencoba melakukan percobaan tentang energi potensial

Religius, rasa

ingin tahu,

objektif, jujur,

teliti, cermat,

tekun, hati-hati,

bertanggung

jawab,terbuka,

kritis, kreatif,

inovatif, peduli

lingkungan,

keterampilan

menggunakan alat

percobaan,

melakukan

percobaan secara

sistematis.

Energi dalam fisika didefenisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha.Berarti,

untuk berlari kita memerlukan energi, untuk belajar memerlukan energi, dan secara umum

untuk melakukan usaha kita memerlukan energi.Dari mana kita memperoleh energi untuk

melakukan kegiatan sehari-hari?Untuk melakukan aktivitas, kita memerlukan

makanan.Dengan demikian, energi yang kita dapatkan dari makanan yang kita santap sehari-

hari.

Coba bayangkan bila tidakada makanan yang bisa kita

makan?Apa yang akan terjadi? Apakah tubuh kita akan tetap

segar? Apakah kita masihbisa melakukan kegiatan sehari-

hari?Untuk itu,kita harus senantiasa bersyukur kepada

TuhanYME yang telah memberikan rahmat dan

hidayahnya kepada kita, sehingga kita tidak pernah

kekurangan makanan dan bisa berusaha serta

menjalankan kehidupan ini dengan sebagai mana

mestinya.

Bagaimana dengan mesin-mesin yang membantu kerja manusia?Apakah mesin-mesin

tersebut memerlukan energi?Ya, mesin-mesin tersebut memerlukan energi untuk melakukan

usaha. Energi untuk mesin-mesin itu diperoleh dari bahan bakarnya, misalnya bensin dan

solar, Tanpa bahan bakar ini, mesin-mesin tidak akan bisa melakukan usaha. Nah tahukah

ananda dari mana asal bahan bakar yang kita gunakan tersebut?Ya, bahan bakar tersebut

berasal dari fosil-fosil makluk hidup yang terpendam jutaan tahun lamanya.Dimana bahan

bakar ini tidak dapat diperbaharuhi dan jumlahnya pun terbatas.

Sekarang coba fikirkan jika bahan bakar tersebut habis?Apakah kita masih

bisa melangsungkan kehidupan ini? Padahal jika kita ingin kemana-mana kita

menggunakan mesin, misalnya sepeda motor, angkot, bus kotadan lain-lain.Agar

sumber-sumber ini tidak cepat habis, maka apa yang harus ananda lakukan? Salah

satu cara yakni menjaga dan menghemat pemakaian sumber-sumber energi ini.

Apakah ananda punya cara lain?

B Energi

Proses perubahan bentuk energi dari sat bentuk ke bentuklainnya disebut konversi

energi. Alat untuk mengubah energi disebutkonventor energi.Perubahan energi terjadi ketika

usaha sedang dilakukan.Misalnya,ketika Ananda melakukan usaha dengan mendorong mobil

hingga mobiltersebut bergerak maju.

http://zhuldyn.wordpress.com

Gambar 6. Energi kimia dari bahan bakar diubah

menjadienergi kinetik oleh mobil.

Pada proses usaha sedang berlangsung,

sebagian energi kimia yang tersimpan dalam

tubuh Ananda diubah menjadi energi mekanik.

Di sini Ananda berfungsi sebagai pengubah

energi (konverter energi). Contohnya terlihat

pada gambar 6disamping.

Ananda telah mengenal berbagai sumber energi, antara lain, energimatahari, energi

panas bumi, energi angin, energi air, dan energi nuklir.Energi listrikmerupakan salah satu

bentuk energi yang sering digunakan.Dari jaringanlistrik PLN di rumah, Ananda dapat

melakukan berbagai kegiatan, antara lain,menyalakan lampu, komputer, menyetrika baju,

mendengarkan radio,melihat siaran televisi. Hal ini menunjukkan bahwa energi listrik

dapatdiubah menjadi bentuk energi lain.

1. Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang

dimilikioleh benda karena kedudukan atau

ketinggiannya.Energipotensial merupakan energi yang

masih tersimpan atautersembunyi pada benda, sehingga

mempunyai potensiuntuk melakukan usaha. Misalnya

pada gambar 7, buah kelapa dengan massa m yang berada

di atas pohon, dengan ketinggian h.Secara metematis

energi potensial gravitasi pada suatu benda yang berada

pada ketinggian tertentu dapat ditulis sebagai berikut :

Gambar 7. Seorang anak yang sedang

menungu buah kelapa jatuh dari pohonnya

Ep = m g h (5)

Keterangan :

Ep = energi potensial gravitasi (N)

http://zhuldyn.wordpress.com/

m =massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian terhadap acuan (m)

Semakin tinggi letak suatu benda maka semkin besar pula

energi potensial gravitasi yang terkandung pada benda

tersebut, begitupun dalam kehidupan kitasemakin

banyakmembaca maka semakin luas wawasan kita, semakin

banyak ilmu yang kita peroleh, sehingga jalan untuk meraih

kesuksesan akan terbuka lebar. Untuk itu jangan pernah

malas membaca, baik itu membaca buku tentang alam, sosial, budaya, teknologi,

maupun majalah/ koran.

Energi potensial gravitasi tersebut adalah energi potensial benda terhadap bidang acuan

yang terletak pada jarak h di bawah benda. Energi potensial gravitasi terhadap bidang acuan

lain tentu saja berbeda besarnya. Misalnya, terhadap bidang acuan yang jaraknya h1, di bawah

kedudukan benda, maka energi potensial gravitasinya adalah m g h1.Bidang acuan tidak harus

berada di bawah kedudukan benda.Dapat saja dipilih bidang acuan yang letaknya di atas

kedudukan benda.Dalamhal demikian energi potensial gravitasi memiliki nilainegatif.Namun,

biasanya bidang acuan dipilih di bawah kedudukan benda.

Gambar 8. Energi potensial gravitasi benda untuk berbagai bidang acuan

Apabila benda mula-mula berada pada ketinggian h1,dan gaya beratnya bergerak

vertikal ke bawahhingga ketinggian h2 dari bidang acuan seperti pada Gambar 9.

Gambar 9. Energi potensial benda yang

mula-mula berada pada ketinggian h1 dari permukaan

bumi

Besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya

berat adalah:

W = m.g.h1 – m.g.h2

W = m.g.(h1 – h2)

= -m.g(h2 – h1)

W = - ∆Ep (6)

Persamaan diatas menyatakan bahwa usaha

yang dilakukan oleh gaya gravitasi sama

dengan perubahan energi potensial gravitasi.

Energi potensial gravitasi tidak hanya terjadi pada benda yang jatuh bebas atau

memiliki lintasan lurus saja, tetapi energi potensial gravitasi juga terjadi pada pada bidang

melingkar dan miring seperti pada Gambar.10, dibawah ini.

Gambar 10. Energi potensial gravitasi pada (a) bidang melingkar dan (b) bidang miring

Persamaan energi potensial gravitasi yang berlaku pada bidang melingkar dan bidang

miring, adalah sebagai berikut.

a. Untuk bidang melingkar:

EpA = m g h

= m g R

EpB = 0

b. Untuk bidang miring:

EpA = m g h

= m g s sin

h1

h2

h

EpB = 0

2. Energi Potensial Elastik Pegas

Bentuk energi potensial yang kedua adalah energi potensial elastis.Energi potensial

elastik pegas adalah energi yang tersimpan di dalam benda elastis karena adanya gaya tekan

dan gaya regang yang bekerja pada benda. Contoh energi potensial ini ditunjukkan pada

Jawaban :

Energi potensial gravitasi dihitung terhadap bidang acuan, adapun bidang

acuan yang kita gunakan pada contoh ini adalah permukaan tanah.

Ep = m g h

= 12 kg ( 10 m/ s2) (15 m)

= 1890 joule

Sebuah benda berada pada ketinggian 40 m dari tanah.Kemudian, benda itu

jatuhbebas. Berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya berat hingga benda

sampai ke tanah? Jika diketahui massa benda adalah 1,5 kg dan percepatan

gravitasi bumi 10 m/s2.

Penyelesaian

Diketahui : m= 1,5 Kg

h1= 40 m

h2= 0

g= 10 m/s2.

Ditanya : Ww = ?

Jawaban :

Ww = mgh1 – mgh2

Ww = mg (h1 – h2)

Ww = (1,5 kg)(10 m/s2)(40 m – 0 m)

Ww = 600 joule

Sumber: Depdiknas

Gambar 11. Panah dan Busur

Sebuah pot bunga yang bermassa 12 Kg berada

pada ketinggian 15 m di atas permukaan tanah

seperti pada gambar disamping. Berapakah energi

potensial gravitasinya ?

(g = 10 m/s2).

Penyelesaian

Diketahui : m = 12 Kg

H= 15 m

Ditanya :Ep = ?

Gambar 11. Besarnya energi potensial elastik bergantung pada

besarnya gaya tekan atau gaya regang yang diberikan pada benda

tersebut.

Ananda telah mempelajari sifat elastis pada pegas dan

telah mengetahui bahwa gaya pemulih pada pegas berbanding

lurus dengan pertambahan panjangnya. Pegas yang berada dalam

keadaan tertekan atau teregang dikatakan memiliki energi

potensial elastis karena pegas tidak berada dalam keadaan posisi setimbang. Perhatikanlah

Gambar 12. Grafik tersebut menunjukkan kurva hubungan antara gaya dan pertambahan

panjang pegas yang memenuhi Hukum Hooke. Jika pada saat Anda menarik pegas dengan

gaya sebesar F1, pegas itu bertambah panjang sebesar ∆x1. Demikian pula, jika Anda menarik

pegas dengan gaya sebesar F2, pegas akan bertambah panjang sebesar ∆x2.

Implementasinya dalam kehidupan yakni semakin besar usaha yang kita lakukan

maka semakin besar pula perubahan yang dihasilkan.Oleh sebab itu, perubahan yang

terjadi dalam kehidupan kita sebanding dengan usaha yang kita lakukan, usaha

dilakukan adalah dengan bekerja keras dan disiplin.

Begitu seterusnya. Dengan demikian, usaha total yang Ananda berikan untuk meregangkan

pegas adalah

W = F1∆ x1 + F2∆x2+ ...

Besarnya usaha total ini sama dengan luas segitiga di bawah kurva Fterhadap ∆x sehingga

dapat dituliskan,

W = F ∆x

W = (k∆x) (∆x)

W= k ∆x2(7)

Oleh karena usaha yang diberikan pada pegas ini akan tersimpan

sebagai energi potensial, dapat dituliskan persamaan energi

potensial pegas adalahsebagai berikut.

Ep= k ∆x2(8)

Gambar 12.hubungan terhadap

Δxpada kurva F = k ∆x.

Energi potensial pegas ini juga dapat berubah karena usaha yangdilakukan olehgaya pegas.

Besar usaha yang dilakukan oleh gaya pegas itudituliskan dengan persamaan,

W = –∆Ep(9)

Sebuah pegas yang tergantung tanpa beban panjangnya 15 cm. Kemudian,

ujungbawah pegas diberi beban 5 kg sehingga pegas bertambah panjang

menjadi 20 cm. Tentukanlah:

a. tetapan pegas, dan

b. energi potensial elastis pegas.

Penyelesaian

Diket : m = 5 Kg

lo = 15cm = 0,15 m

l1 = 20 cm = 0,20 m

Ditanya : a) k = ?

b) Ep = ?

Jawaban :

a) k =

k =

k = = = N/m

b) Ep = k ∆x2

Ep= (1000 N/m)(0,05 m)2

= 1,25 J

Untuk menarik suatu pegas agar bertambah panjang 0,25 m, diperlukan gaya

sebesar 18 N. Hitunglah:

a. konstanta gaya pegas, dan

b. energi potensial elastis pegas. Penyelesaian

Diketahui : = 0,25 m

F = 18 N Ditanya : a)k= ?

b) Ep = ?

Jawaban :

Kompetensi Dasar










dan pengukurannya











berdiskusi.












Kompetensi

Pertemuan 3










kerusakan








berdiskusi




3.3.1 Menghitung besar energi kinetik

3.3.2 Menganalisis hubungan usaha

dengan energi kinetik



dalam pembelajaran energi kinetik diharapkan peserta didik dapat:

1.1.1 Bersyukur pada Allah yang telah menciptakan energi

kinetik pada setiap benda yang bergerak sehingga

bermanfaat bagi kehidupan umat manusia












3.3.1 Menghitung besar energi kinetik

3.3.2 Menganalisis hubungan usaha dengan energi kinetik

4.3.1 Mencoba melakukan percobaan tentang energi kinetik

Religius, rasa

ingin tahu,

objektif, jujur,

teliti, cermat,

tekun, hati-hati,

bertanggung

jawab,terbuka,

kritis, kreatif,

inovatif, peduli

lingkungan,

keterampilan

menggunakan alat

percobaan,

melakukan

percobaan secara

sistematis.

Sebelum kita memasuki sub materi baru, kita akan

melakukan percobaan terlebih dahulu agar pembelajaran

yang kita lakukan akan lebih bermakna. Dengan melakukan

kegiatan eksperimen atau percobaan, diharapkan dapat

meningkatkanrasa ingin tahuananda dan selain itu dapat

melatih ananda bekerja sama, serta menanamkan sifat

kejujuranpada diri ananda.

Tahukah ananda, para ilmuan menemukan teori-teori

atau konsep fisika melalui percobaan yang mereka lakukan

dengan kerja keras dan ketekunan.Dengan adanya

percobaan yang dilakukan oleh ilmuan kita, makanya

teknologi semakin berkembang dari waktu ke waktu.

Coba bayangkan jika tidak ada teknologi di dalam

hidup kita, mungkin kita susah untuk menjalankan

kehidupan ini. Mau nelpon tidak bisa, mau nonton TV

tidak bisa, mau kesekolah dengan jalan kaki, mau

internetan tidak bisa, semua kegiatan yang kita lakukan

sehari-hari menggunakan teknologi

Nah, untuk itu kita harus menghargai kerja keras

para ilmuan kita.Karena berkat teknologi yang mereka

kembangkan kita bisa menjalani hidup ini dengan mudah.

Sebagai penerus bangsa apa yang dapat ananda

lakukan? Apakah hanya menikmat saja?Tentu

tidakkan?Untuk itu jangan pernah berhenti belajar, karena

dengan belajar kita bisa memberikan sesuatu yang baru

dan berguna bagi makhluk hidup lainnya.

Ayo lakukan percobaan dibawah ini dengan semangat..!!

A. Tujuan

Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi energi kinetik.

B. Alat dan Bahan

1. Statif dan pengait 4. Mistar

2. Rel Presisi 5. Balok kayu

3. Beban 50 gram

C. Langkah Kerja

4. Ulangi langkah kerja 1 sampai 6 dengan memvariasikan massa beban menjadi 100

gram, 150 gram, dan 200 gram.

Tabel 1. Data pengamatan

No Massa

beban (kg)

Ketinggan

rel

(m)

Kecepatan akhir

beban (m/s)

v =

Perpindahan

balok kayu

( m )

Energi

Kinetik

(Joule)

Ek = ½ mv2

1

2

3

4

Praktikum Energi Kinetik

5. Berdasarkan data yang diperoleh, hitunglah energi kinetik masing-masing beban!

1. Rangkailah alat seperti gambar dibawah!

2. Luncurkan beban 50 gr (m1) dari ujung atas rel

hingga mengenai balok kayu yang ada di

bawahnya.

3. Ukurlah perpindahan balok setelah didorong

beban (s) dari garis start.

4.

3. Energi Kinetik

Bagaimana menentukan besar kecilnya energi kinetik yang terkandung dalam sebuah

benda? Pertama, kita akan mengamati pengaruh massa benda terhadap besar kecilnya energi

kinetik benda. Setelah menimbang semua kelereng dan memberi tanda, ternyata kelereng

pertama massanya lebih besar dari pada kelereng kedua (m1>m2). Kemudian kedua kelereng

dijatuhkan dari ketinggian tertentu pada tanah yang lembek, sehingga kelereng tersebut

menimbulkan bekas pada tempat jatuhnya.

Kita mengetahui bahwa kedua benda tersebut akan jatuh ketanah dalam waktu yang

sama, yang berarti kelajuan kedua benda tersebut sama di setiap titip dalam lintasannya.

Ternyata, bekas ditanah yang ditimbulkan oleh kedua benda berbeda, Benda m1 atau m2 yang

menimbulkan bekas yang lebih besar dan dalam? Ya benar, benda yang massanya lebih

besar yakni m1membuat bekas yang besar dan dalam, sedangkan benda yang massanya lebih

kecil hanya menimbulkan sedikit bekas pada tanah. Ini menunjukkan bahwa benda yang

massanya besar melakukan usaha yang lebih besar, sedangkan benda yang massanya kecil

melakukan usaha yang lebih kecil.

Sumber: http://auliatiwieipa3.blogspot.com/

Gambar 11.Energi kinetik yang dimiliki anak panah, ketika anak

panah dilepaskan dari busurnya.

Mengapa anak panah yang

dilepaskan dari busurnya dan

mengenai pohon bisa menembus

pohon tersebut? Tentu Ananda dapat

menjawabnya, yaitu karena anak

panah yang bergerak memiliki

energi. Energi apa yang dimiliki

benda tersebut? Energi yang

dimilikioleh benda yang bergerak

inilah yang dinamakan energi

kinetik.Semakin cepat benda

bergerak,maka semakin besar energi

kinetik yang dimilikinya.Jadi, setiap

benda yang bergerak, dapat

dikatakan memiliki energi kinetik.

Nah, begitu juga dalam kehidupan sehari-hari, semakin banyak ananda

menyediakan waktu untuk membaca maka semakin banyak ilmu pengetahuan yang

ananda peroleh, dan sebaliknya semakin sedikit ananda menyediakan waktu untuk

membaca maka semakin dangkal (sedikit) ilmu pengetahuan yang miliki.

Sekarang, coba ananda pilih mana yang lebih sakit, dilempar bola kasti yang dengan

kelajuantinggi, atau dilempar bola kasti dengan kelajuan kecil. Tentu yang pertama bukan?

Nah, apa yang dapat ananda simpulkan? Dilempar bola kasti dengan kelajuan tinggi akan

lebih menyakitkan, dari pada dilempar bola kasti dengan kelajuan kecil. Rasa sakit ini

menunjukkan bahwa usaha yang dilakukan oleh tubuh kita untuk mengubah energi kinetik

bola kasti dari keadaan diam menjadi bergerak sangat besar.

Berarti, semakin besar kelajuan benda maka semakin

besar pula energi kinetik yang dimiliki benda tersebut.

Begitu juga dalam kehidupan sehari-hari, semakin sering

ananda mengulang pelajaran dirumah setiap hari, maka ilmu

yang telah diperoleh akan bertambah dan bertambah

setiap harinya. Dan begitu pula sebaliknya, apabila ananda

tidak pernah mengulang pelajaran dirumah maka ilmu yang

telah ananda dapatkan akan sia-sia.

Berapakah besar energi kinetik yang tekandung dalam benda tersebut? Untuk

menghitung besar kecilnya energi kinetik sebuah benda bermassa m yang sedang bergerak

dengan kelajuan vkita bisa menurunkan persamaan-persamaan yang terkait. Kita mulai dari

persamaan untuk jarak yang ditempuh benda bergerak dengan kelajuan vo, dan percepatan a,

dalam waktu t:

∆s = vo+ a t2

untuk vo= 0, maka

∆s = a t 2 (i)

kelajuan benda pada saat t dapat ditentukan dengan persamaan

v= vo+ a t

v-vo= a t

t = (ii)

masukkan nilai t pada persamaan (ii) ke persamaan (i) diperoleh

∆s = a2

∆s = (iii)

Ananda sudah tahu bahwa usaha yang diperlukan untuk suatu benda adalah sebesar

W = F ∆s

= m a

W= m

Usaha sebesar W= m ini merupakan usaha yang diperlukan untuk menghasilkan

perubahan kelajuan benda, yeng berarti sama dengan besarnya energi kinetik yang dimiliki

benda pada saat kelajuannya sama dengan v. Dengan demikian, energi kinetik dapat kita

tuliskan sebagai

keterangan:

Ek = energi kinetik ( J)

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

Ek = (10)

Sebuah benda bermassa m bergerak dengan kecepatan 20 m/s sehingga

memiliki energi kinetik sebesar 250 joule. Berapakah energi benda tersebut

jika kecepatannya menjadi 40 m/s ?

Penyelesaian

Diketahui : v1 = 20 m/s

v2 = 40 m/s

Ek1 = 250 joule

Ditanya :Ek2 = ?

Jawaban :

Ek1 =

250 = (20)2

m . 400 = 500

m = 1,25 kg

Berarti Ek2dapat diperoleh:

Ek2=

= 1,25 . (40)2

= 1000 Joule

Dari Persamaan (10), Ananda dapat memahami bahwa energi kinetikbenda

berbanding lurus dengan kuadrat kecepatannya.Apabila kecepatan benda meningkat dua kali

lipat kecepatan semula, energi kinetik benda akannaik menjadi empat kali lipat. Dengan

demikian, semakin besar kecepatan suatu benda, energi kinetiknya akan semakin besar pula.

Perubahan energi kinetik benda dari = menjadi = merupakan

besar usaha yang dilakukan oleh resultan gaya yang bekerja padabenda. Secara matematis,

persamaannya dapat dituliskan sebagai

(11)

Latihan1. 2

Kerjakan soal dibawah ini secara mandiri.Dan jangan lupa teliti dan

bersungguh-sungguh, agar soal dibawah ini dapat terselesaikan tepat

waktu. 1. Sebuah bola dengan massa 0,5 kg dilemparkan vertikal ke atas dengan

kecepatan 20 m/s. Jika percepatan gravitasi 10 m/s2, tentukan:

a. energi potensial saat mencapai titik tertinggi, dan

b. perubahan energi potensial saat bola berada pada ketinggian 5 m!

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

2. Sebuah benda memiliki kecepatan 2,55 m/s dan mempunyai energi kinetik

sebesar 300 joule. Berapakah kecepatan yang harus dimiliki benda itu agar

kinetiknya sebesar 75 joule?

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

................................................................................................................................

...............................

Kompetensi Dasar










dan pengukurannya











berdiskusi.
















energi


Kompetensi

Pertemuan 4










kerusakan








berdiskusi




3.3.1 Menjelaskan pengertian daya

3.3.2 Merumuskan bentuk hukum

kekekalan energi mekanik

3.3.3 Menganalisis hukum kekekalan

energi dalam menyelesaikan

permasalahan dalam kejadian

sehari-hari

Tujuan Karakter


dalam pembelajaran hukum kekekalan energi mekanik dan daya

diharapkan peserta didik dapat:

1.1.1 Bersyukur pada Allah SWT yang telah menciptakan

kekekalan energi sehingga manusia dapat

memanfaatkannya












3.3.1 Merumuskan bentuk hukum kekekalan energi mekanik

3.3.2 Menganalisis hukum kekekalan energi dalam

menyelesaikan permasalahan dalam kejadian sehari-hari

3.3.3 Mencoba melakukan percobaan tentang hukum kekekalan

energi mekanik dan daya

Religius, rasa

ingin tahu,

objektif, jujur,

teliti, cermat,

tekun, hati-hati,

bertanggung

jawab,terbuka,

kritis, kreatif,

inovatif, peduli

lingkungan,

keterampilan

menggunakan alat

percobaan,

melakukan

percobaan secara

sistematis.

Dalam bahasa sehari-hari kita sering menggunaan kata-kata daya. Apakah pengertian

daya tersebut? Apakah sama pengertian daya menurut fisika dengan kehidupan sehari-hari?

Untuk mengetahuinya ikuti uraian dibawah ini.

Dari percobaan yang telah ananda lakukan, bagaimana lama waktu yang dibutuhkan

oleh setiap anggota kelompok untuk menaikki tangga? Apakah sama?Tentu berbeda kan?

Mengapa demikian?Tentunya daya yang lebih besar memerlukan waktu yang lebih sedikit

untuk menaikki tangga. Dan begitu pula sebaliknya yang memerlukan waktu yang lama

untuk menaiki tangga berarti mempunyai daya yang kecil.

Begitu juga dalam mempelajari ilmu Fisika, apabila

ananda mempunyai kemampuan yang kurang, maka

dibutuhkan usaha yang lebih. Usaha tersebut misalnya

bertanya apabila tidak mengerti ketika pembelajaran

fisika, mengerjakan semua tugas yang diberikan guru,

belajar dirumah terlebih dahulu sebelum kegiatan

pembelajaran dilakukan, rajin membaca atau mecari informasi di internet mengenai

materi yang akan dipelajari. Apabila hal tersebut telah ananda lakukan maka

pelajaran Fisika akan menjadi menyenangkan dan kata-kata yang telah tertanam

dalam diri ananda mengenai fisika itu sulit akan hilang dengan sendirinya.

Secara fisika dayadidefenisikan sebagai laju melakukan usaha atau kemampuan untuk

melakukan usaha tiap satuan waktu, yang ditulis dengan persamaan,

(12)

keterangan:

P = daya (watt)

W = usaha (joule)

t = waktu (sekon)

Untuk mesin-mesin, termasuk yang digunakan untuk menyatakan daya mesin mobil, biasa

digunakan satuan horsepower (hp), dengan konfersi

1 hp = 746 watt

C Daya

Bagaimanakah kita menghitung daya ketika sebuah gaya F sedemikian rupa sehingga sebuah

benda berpindah sejauh s?Misalnya, daya mobil yang telah bergerak sejauh s meter dengan

kecepatan yang tetap. Dari persamaan 12 dapat kita ketahui,

(13)

Ananda telah mempelajari bahwa energi akan terasa manfaatnya ketikaenergi tersebut

berubah bentuk menjadi energi lain, seperti energi listrik akanterasa manfaatnya jika berubah

menjadi cahaya, gerak, panas, atau bentukenergi yang lainnya. Akan tetapi, alat atau mesin

pengubah energi tidakmungkin mengubah seluruh energi yang diterimanya menjadi energi

yang

bermanfaat. Sebagian energi akan berubah menjadi energi yang tidakbermanfaat atau

terbuang yang biasanya dalam bentuk energi kalor ataupanas.

Perbandingan antara energi yang bermanfaat (keluaran) dan energi yangditerima oleh

alat pengubah energi (masukan) disebut efisiensi(µ).Secaramatematis dituliskan sebagai

berikut.

(14)

Dari persamaan 10 kita juga bisa menyatakan besarnya

usaha dengan satuan lain, yang sering digunakan untuk

menyatakan energi listrik, yaitu kilo watt (kWh =

kilowatt-hour).

Sebuah mesin pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 20.000

N. Berapakah daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan

kecepatan 250 m/s?

Penyelesaian

Diketahui : F = 20.000 N

v = 250 m/s

Ditanya: P= ?

Jawaban :

P = F v

= (20.000 N)(250 m/s)

= 5.000.000 watt

1 kWh = ( 1 kW ) (1 jam)

= (1000 W) (3600 s)

= 3,6 x 10 6

TugasDiruma

h 1.1

Sebuah mesin yang memiliki daya 1.800 watt mampu mengangkat beban

sebesar1.200 N sampai ketinggian 50 m dalam waktu 20 sekon.Berapakah

efisiensi motor itu?

Penyelesaian

Diketahui : P = 1.800 watt

F = 1.200 N

s = 50 m

t = 20 s

Ditanya: = ?

Jawaban :

1. Carilah di internet atau di buku-buku lainnya yang relevan fakta mengenai

roller coaster !

Adakah kaitan gerak roller coaster dengan hukum kekekalan energi

mekanik?

2. Cari 5 soal beserta pembahasannya pada buku fisika berdasarkan rumusan

usaha, energi dan daya !

Kerjakan secara mandiri ya…., Dan

jangan lupa lampirkan buku sumbernya, semakin banyak buku

sumber yang digunakan semakin

tinggi nilai yang diperoleh.

Dalam proses melakukan usaha, benda yang melakukan usaha itu memindahkan energi

yang dimilikinya ke benda lain. Energi yang dimiliki benda agar benda itu dapat melakukan

usaha dinamakan energi mekanik.

Sebagai contoh sederhana, misalkan ananda menjatuhkan batu dari ketinggian h, seperti

padaGambar 12.Gesekan udara dengan batu kita abaikan.Saat dijatuhkan, batu itu hanya

memiliki EP gravitasi.Seiring dengan jatuhnya batu, EP tersebut mengecil (karena h

mengecil),namun sebagaikompensasinya EK membesar.Ketika batu tersebut tepat saat

menyentuh tanah, semua EP gravitasi berubahmenjadi EK.Bagaimana penjumlahan kedua

energi tersebut? Apakah sama? Tentu ya, jumlah total kedua energi inilah yang dikatakan

energi mekanik.

Dengan demikian, energi mekanik dapat

didefinisikan sebagai jumlah energi potensial dan

energi kinetik yang dimiliki oleh suatu benda, atau

disebut juga energi total.Besarnya energi mekanik

suatu benda selalu tetap, sedangkan energi kinetik

dan energi potensialnya dapat berubah-

ubah.Penulisannya secara matematis adalah

sebagai berikut.

Gambar 11.EP batu berubah menjadi EK

saat batu jatuh.

(15)

keterangan:

EM = Energi mekanik (joule)

EP = Energi potensial (joule)

EK = Energi kinetik (joule)

Hukum kekekalan energi mekanikmenyatakan bahwa energi mekanik yang dimiliki oleh

sebuah benda adalah kekal (tetap). Pernyataan ini sesuai dengan pernyataan hukum kekekalan

energi secara umum, yaitu energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya

dapat diubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain.

D HukumKekekalanEnergiMekanik

Dalam kehidupan kita sehari-hari, segala sesuatu yang kita perbuat maka itu pula

yang akan kita tuai, apabila kita berbuat baik, maka balasannya juga akan baik.

Begitu pula sebaliknya apabila kita berbuat tidak baik maka kita akan mendapatkan

hasil yang tidak baik juga.Hal ini juga dijelaskan oleh Allah SWT terlebih

dalam surat AlAn’am (6): 160, yang artinya :

Barangsiapa membawa amal yang baik, maka baginya (pahala) sepuluh kali lipat

amalnya; dan barangsiapa yang membawa perbuatan jahat maka dia tidak diberi

pembalasan melainkan seimbang dengan kejahatannya, sedang mereka sedikitpun

tidak dianiaya (dirugikan).

Pada Gambar 11. terlihat bahwa batu yang jatuh bebas akan mengalami perubahan

energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Misalkan batu tersebut dilepaskan dari

ketinggian h1 dari permukaan tanah, batu memiliki v1.Setelah mencapai ketinggian h2 dari

permukaan tanah, kecepatan batu berubah menjadi v2.Saat batu berada di ketinggian h1,

energi potensial gravitasinya adalah EP1 dan energi kinetiknya EK1.Saat batu mencapai

ketinggian h2, energi potensialnya dinyatakan sebagai EP2 dan energi kinetiknya EK2.

Ananda telah mempelajari bahwa perubahan energi kinetik dan energi potensial benda adalah

usaha yang dilakukan gaya pada benda. Dengan demikian, dapat dituliskan,

(16)

Persamaan 16ini disebut Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Rumusan hukum kekekalan energi mekanikdiatas hanya berlaku apabila dalam berubah

bentuk dari energi yang potensial menjadi energi kinetik atau sebaliknya, tidak ada energi

yang hilang.

Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m dari atas tanah.

Hitunglah:

a. Energi potensial setelah benda bergerak 1 sekon

b. Usaha yang dilakukan gaya berat pada saat ketinggian benda 10 m

Penyelesaian

Diketahui : m = 2 kg

h1 = 20 m

h2 = 20 m

Ditanya: a. EP2= ? t = 1 s

b. W = ? h2 = 10 m

Jawaban:

a) Energi potensial benda: s =Vo t + g t2

s = 0 (1 s) + (10 m/s2) (1 s)

2

s = 5 m

W = EP1 – EP2

EP2 = EP1 – W

= m g h1 – m g s

= m g (h1 - s)

= 2 kg. 10 m/s2 (20 m – 5 m)

= 300 J

b) Usaha sama dengan perubahan energi potensial:

W = ΔEP = m g (h1 – h2)

= 2 kg. 10 m/s2 (20 m – 10 m)

= 200 J

Seorang anak menaikki roller coaster, pada ia saat berada di ketinggian 100 m,

kecepaan roller coaster adalah 10 m/s2. Hal ini terlihat seperti pada gambar

dibawah !

Berapakah kecepatan roller coaster saat berada di titik B?

Penyelesaian

Diketahui : h1 = 100 m

h2 = 50 m

v1 = 10 m/s2

Ditanya: v2 = ?

Jawaban:

Energi mekanik adalah jumlah energi potensial dan energi kinetik

1. Amiringin membantu ayahnya mendorong mobil yang mogok, tetapi mobil itu tetap

tidak bergerak. Usaha yang dilakukan Amir adalah…

A. Minimum D. Maksimpum

B. Nol E. Tetap

C. A Dan E Benar

2. Dua orang anak sedang menarik sebuah

koper sejauh 8 m. Apabila masing-

masing anak mengkerahkan gayasebesar

150 N dan 165 N dalam satu arah,usaha

total yang lakukan kedua anak adalah…

A. 3230 J D. 3740 J

B. 3405 J E. 3760 J

C. 3660 J

3. Sebuah kotak bergerak di atas bidang datar yang licin, kemudian ditahan oleh seorang

anak dengan gaya 60 N, ternyata kotak tersebut berhenti pada jarak 180 m. Besar

usaha pengeremanyang dilakukan oleh anak itu adalah ….

A. 10000 J D. 11800 J

B. 18000 J E. 12800 J

C. 10800 J

4. Perhatikan gambar dibawah ini! Untuk memindahkan benda sejauh 10 m, gaya F

melakukan usaha sebesar 100 J. Dalam hal ini besar gaya F adalah ….

A. 15 N D. 30 N

B. 20 N E. 35 N

C. 25 N

5. Sebuah balok bermassa 150 kg ditarik oleh gaya F = 200 N dengan arah 37o

terhadap

horizontal (sin 37o

= 0,6). Jika balok dapat berpindah sejauh 15 m maka berapakah

usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut?

A. 1800 joule D. 2000 joule

B. 2400 joule E. 2600 joule

C. 2800 joule

Evaluasi

6. Untuk menarik sebuah kereta mainan adik memerlukan gaya sebesar 22 N, dengan

posisi seperti terlihat pada gambar.

Jika diberikan usaha sebesar 33 joule, kereta mainan bergeser sejauh 3 m ke kanan.

Maka sudut pada gambar tersebut adalah …

A. 30° D. 53°

B. 37° E. 60°

C. 45°

7. Perhatikan gambar grafik di bawah ini ! Grafik

di samping menyatakan gaya yang besarnya

berubah-ubah bekerja pada suatu benda,

menyebabkan benda berpindah sejauh 8 meter.

Tentukanlah besar usaha yang dilakukan…



C. 47 joule

8. Bila sebuah benda dijatuhkan tanda kecepatan awal (jatuh bebas) dan gesekan udara

diabaikan, maka ….

A. Energi potensialnya bertambah

B. Energi potensialnya berkurang

C. Energi kinetiknya berkurang

D. Energi kinetiknya tetap

E. Energi mekaniknya berkurang

9. Diantara kasus berikut ini:

(1) air yang berada di tempat yang tinggi,

(2) busur panah yang meregang,

(3) bola yang menggelinding di lantai.

Benda yang memiliki energi potensial adalah benda pada kasus nomor ….

A. (1), (2) dan (3) D. (1) saja

B. (1) dan (2) E. (3) saja

C. (2) dan (3)

10. Sebuah bola besi massanya 0,2 kg dilempar vertikal ke atas. Energi potensial benda

pada ketinggian maksimum ialah 40 J. Bila g = 10 m/s2, maka ketinggian maksimum

yang dicapai benda tersebut ialah…

A. 2 m D.40 m

B. 20 m E. 80 m

C. 22 m

11. Sebuah benda bermassa 15 kg jatuh bebas dari ketinggian 20 m dari

atas tanah seperti pada gambar disamping ini. Berapakah usaha

yang dilakukan gaya berat pada saat ketinggian benda 10 m?

A. 150 joule D.1200 joule


C. 900 joule

12. Jika sebuah bola bermassa 1 kg menggelinding dengan kelajuan tetap 4 m/s maka

energi kinetik bola adala…



C. 6 joule

13. Sebuah motor bermassa 100 kg mula-mula diam, kemudian motor tersebut dikendarai

oleh Toni. Jika motor bergerak lurus dengan percepatan 3 m/s2, maka:

1) Kecepatan motor setelah 2 sekon adalah 6 m/s.

2) Energi kinetik yang dimiliki motor 2500 j.

3) Usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 2 sekon adalah 1800 j.

4) Motor berhenti setelah menempuh jarak 12,5 m.

Pernyataan di atas yang benar adalah…

A. 1), 2), dan 3)

B. 1) dan 3)

C. 2) dan 4)

D. 4) saja

E. semua benar

14. Sebuah bola besi bermassa 20 kg jatuh bebas dari ketinggian 4 m

diatas hamparan pasir. Sesampainya dipermukaan pasir bola besi

tersebut bisa masuk sedalam 5 cm. Berapakah gaya tahan pasir

terhadap bola?

A. 10000 N D. 16000 N

B. 12000 N E. 18000 N

C. 14000 N

15. Saat sebuah peluru ditembakkan vertikal ke atas dari permukaan tanah, berlaku . . . .

1) Di permukaan tanah energi kinetik minimum

2) Di permukaan tanah energi potensial maksimum

3) Di titik tertinggi energi kinetik maksimum

4) Di titik tertinggi energi potensial maksimum

Dari pernyataan di atas yang benar adalah . . . .

A. 1), 2), dan 3) D. 4) saja

B. 1) dan 3) E. Semua benar

C. 2) dan 4)

16. Mesin truk Pak Bonar mempunyai kekuatan 1.000 daya kuda (hp). Jika 1 hp = 746

watt maka daya keluaran mesin dengan efisiensi mesin 90 % adalah…

A. 746105 Watt D. 671405 Watt

B. 746104 Watt E. 671400 Watt

C. 746103 Watt

17. Seorang petugas PLN bermassa 65 kg sedang menaiki tangga untuk memperbaiki

jaringan listrik pada sebuah tiang listrikdalam waktu 4 menit . Jika tangga terdiri dari

20 anak tangga dan panjang setiap anak tangga adalah 30 cm. Maka daya yang

dihasilkan orang tersebut adalah(g= 10 m/s2)…

A. 16,25 watt D. 49,55 watt

B. 29,75 watt E. 52,25 watt

C. 48,75 watt

18. Bila hukum kekekalan energi berlaku untuk suatu sistem, maka ….

A. Jumlah energi kinetik dan energi potensial sistem adalah tetap

B. Energi kinetik sistem tidak berubah

C. Energi potensial sistem selalu bertambah

D. Jumlah energi kinetik dan energi potensial sistem selalu bertambah

E. Energi Kinetik selalu sama dengan energi potensial di semua titik

19. Anak panah yang bermassa 80 gram ditembakkan dari busur. Busur tersebut

direnggangkan padajarak 80 cm, sehingga menghasilkan rerata gaya pegas sebesar 90

Npada anak panah itu. Maka kelajuan anak panah saat terlepasdari busurnya adalah…

A. 10 m/s

B. 20 m/s

C. 30 m/s

D. 40 m/s

E. 50 m/s

20. Seorang anak bermassa 4 kg meluncur pada sebuah bidang lengkung PQ yang licin

seperti pada gambar di samping. Apabila dari

permukaan tanah ketinggian titik P sama dengan

8 meter, sedangkan g = 10 m/s2, maka

ketinggian anak dari permukaan tanah pada saat

kecepatannya 4 m/sadalah...

A. 7

,0m D. 7,6 m

B. 7,2 m E. 7,8 m

C. 7,4 m

1. A

2. B

3. D

4. B

5. A

6. E

7. E

8. B

9. B

10. B

11. E

12. B

13. B

14. D

15. D

16. E

17. A

18. A

19. C

20. B

Cocokkan hasil jawaban ananda dengan kunci jawaban yang ada dibagian atas.

Hitunglah jumlah jawaban anandayang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk

mengetahui tingkat penguasaananandaterhadap materi pelajaran.

Rumus:

Arti tingkat penguasaan yang ananda capai adalah:

90% - 100% = baik sekali

80% - 90% = baik

70% - 80% = cukup

- 69% = kurang

Kalau ananda mencapai tingkat penguasaan 80% keatas, ananda dapat meneruskan ke

materiselanjutnya. Bagus! Tetapi, jika tingkat penguasaan ananda masih dibawah 80%,

ananda harus mengulangi membaca dan mengerjakan latihan yang ada pada bahan ajar ini,

terutama pada bagian yang belum anandakuasai.

ResponBalikan

Foster, Bob. 2004. TerpaduFisika SMA Kelas XI Jilid 2B, Jakarta: Erlangga

Handayani, Sri dan Ari Damari. 2009.Fisika untuk SMA/MA Kelas XI (BSE).

Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Haryadi, Bambang. 2009. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI (BSE). Jakarta: Pusat

Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Kanginaan, Marten. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XI, Jakarta: Erlangga.

Nurachmandani, Setya. 2009. Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI (BSE). Jakarta:

Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Saripudin, Ari, dkk. 2009. Praktis Belajar Fisika untuk Kelas XI SMA/MA

Program Ilmu Pengetahuan Alam (BSE). Jakarta: Pusat Perbukuan,

Departemen Pendidikan Nasional.

Peserta didiknto dan Sukaryadi.2009.Kompetensi Fisika untuk SMA/MA Kelas XI

(BSE). Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.

Raymond A. Serway. 2007. Essentials of CollegePhysics. America: United States

of America

www.findingdulcinea.com

http://auliatiwieipa3.blogspot.com/

Daftarpustaka

http://auliatiwieipa3.blogspot.com/

usaha dan energi - · pdf filepahami contoh soal yang ada, kemudian kerjakan uji kompetensi...

Documents