SMKN Jakarta USAHA DAN ENERGI 2014 SMK Bidang Keahlian Kesehatan

Teorema Usaha - Energi Usaha Energi Daya Energi Potensial Energi Kinetik Energi Mekanik

Pengertian Usaha Usaha adalah mentransfer energi melalui gaya dorong pada sebuah benda sehingga benda tersebut dapat bergerak dan berpindah sejauh s

W = usaha (joule) w = F s cos θ F = gaya (N) s = perpindahan (m)

Kasus khusus dari persamaan w = F s cos θ Jika arah gaya searah dengan arah perpindahan sehingga diperoleh, θ = 0 ° W = F s cos θ W = F s

b. Jika arah gaya F tegak lurus dengan arah perpindahan sehingga diperoleh θ = 90° W = F s cos θ W = 0 ( gaya tsb tidak melakukan usaha ) c. Jika arah gaya berlawanan dengan arah perpindahan sehingga diperoleh θ = 180 ° W = F s cos 180 ° W = F s (-1) W = - F s (benda tidak melakukan usaha)

d. Bila gaya yang bekerja pada benda tidak menyebabkan benda bergerak maka usaha yang dilakukan gaya tersebut sama dengan nol W = F s cos θ W = F s cos 0 W = 0

Contoh Sebuah gaya luar sebesar 60 N bekerja pada sebuah benda. Mengakibatkan benda bergeser sejauh 3 m. Hitung usaha yang dilakukan oleh gaya luar tersebut! W = Fs cos θ W = 60 x 3 cos 60 ° = 180 (1/2) = 90 J

Menghitung Usaha dari Grafik x Wg s Dalam hal ini usaha yang dilakukan merupakan hasil perkalian F dengan s, hasil perkalian tersebut merupakan luas daerah di bawah grafik. Maka usaha yang dilakukan sama dengan luas daerah dibawah grafik pada grafik gaya terhadap perpindahan.

Contoh Soal Sebuah gaya bekerja pada benda dan menyebabkan perpindahan benda seperti yang dapat di gambarkan pada grafik berikut Hitung usaha yang dilakukan gaya tsb saat benda berpindah sejauh: a. 4 meter b. 8 meter

Saat benda berpindah sejauh 4m maka usaha yg dilakukan sama dengan luas daerah 1 W = F s = 6N x 4m = 24 J Saat benda berpindah 8m maka usaha yg dilakukan adalah luas 1 + luas 2 W = luas 1 + luas 2 = 24 J + ½ ( 4m x 6N ) = 36 J

Total Usaha oleh Berbagai Gaya Jika ada beberapa gaya yg bekerja pada benda maka usaha total yang dikerjakan pada benda merupakan hasil penjumlahan skalar dari usaha yang dilakukan oleh masing” gaya. Wtotal = W1 + W2 + W3 + ……. + Wn

Contoh Soal Sebuah benda yang massanya 5kg terletak diatas lantai. Pada benda bekerja empat gaya luar F1, F2, F3 dan F4 yang masing” besarnya 12N, 8N, 6N, 4N. Seperti gambar dibawah ini. Akibatnya benda bergeser ke kanan sejauh 2 meter. Hitung usaha dari masing” gaya dan berapa usaha totalnya?

Gaya F1 searah dengan perpindahan, maka W1 = F1 s = 12 x 2 = 24 J W2 = F2 s cos θ = 8 x 2 cos 60° = 8 x 2 (1/2) = 8 J W3 = 0 , karena gaya F3 tegak lurus dengan perpindahan W4 = - F4 s = (- 4 ) x 2 = - 8 J , negatif karena gaya berlawanan arah dengan perpindahan Wtotal = W1 + W2 + W3 + W4 = 24 J + 8 J + 0 + ( - 8 ) = 24 J

ENERGI Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi merupakan besaran turunan yang memiliki dimensi sama dengan usaha. Macam – macam energi seperti energi listrik, energi kalor, energi kimia. Energi tidak dapat di ciptakan atau di musnahkan

Energi Potensial Pengertian : energi yang dimiliki benda karena keadaan atau kedudukannya. Energi ini tersimpan pada benda, namun sewaktu” dapat muncul saat berubah jadi energi lain. Contoh : buah mangga yang berada di atas pohon memiliki energi potensial. Ketika jatuh dari pohon, buah ini akan jatuh kebawah. Dan mengalami perubahan energi dari potensial ke gerak.

Energi Potensial Gravitasi Pengertian : energi potensial yang dimiliki benda dalam medan gravitasi atau yang lebih dikenal dengan percepatan gravitasi. Semakin jauh ketinggian suatu tempat dari permukaan bumi, percepatan gravitasi di tempat tersebut semakin kecil.

Energi Potensial Gravitasi Ep = energi potensial gravitasi ( J ) m = massa benda ( kg ) g = percepatan gravitasi ( 10 m/s2 ) h = ketinggian benda diukur dari bidang acuan ( m )

Contoh Soal Berapakan energi potensial yang dimiliki oleh 400m3 air yang berada pada ketinggian 90m, jika massa jenis air 1000kg/m3 dan percepatan gravitasi ditempat tersebut 10m/s2? Jawab Air memiliki massa m = ρ . V = 1000kg/m3 . 400m3 = 4 x 105 kg Maka energi potensialnya Ep = m g h = (4 x 105 kg) (10m/s2) (90m) = 3,6 x 108 Joule  

Energi Kinetik Pengertian : energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Selain dipengaruhi oleh kecepatan, besarnya juga dipengaruhi oleh massa. Rumus Ek = energi kinetik benda ( Joule ) m = massa benda ( kg ) v = kecepatan benda (m/s2 )

Contoh Soal Sebuah mobil bermassa 700 kg bergerak dengan kecepatan 10m/s. Hitung energi kinetik mobil tersebut! Diket: m = 700 kg ; v = 10m/s Dit: Ek? Jawab Ek = ½ m v2 = ½ (700kg) (10m/s)2 = (350) (100) = 35000 Joule

Teorema Usaha – Energi Kinetik Bagaimana hubungan antara usaha dan energi kinetik benda? Misalkan ada sebuah benda bermassa m yang mula-mula bergerak dengan kecepatan sebesar V1. Pada benda bekerja gaya konstan F sehingga benda berpindah sejauh s dan kecepatannya berubah menjadi V2. Dengan memakai rumus GLBB didapatkan v22 = v12 + 2as atau as = ½ (v22 – v12)

Teorema Usaha – Energi Kinetik Persamaan tadi dapat disubstitusikan untuk mencari hubungan antara usaha dan energi kinetik W = F s = m a s = m (½ v22 – ½ v12) = ½ m v22 – ½ m v12 = EK2 – EK1 atau W = ∆EK

Teorema Usaha – Energi Kinetik Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa usaha sama dengan perubahan energi kinetik yang dimiliki oleh benda. Jika selama bergerak ketinggian benda juga berubah maka usaha yang dilakukan pada benda merupakan total dari perubahan energi kinetik dan energi potensial yang di alami benda.

Contoh Soal Sepeda motor bermassa 200kg bergerak dengan kecepatan berubah dari 10m/s menjadi 20m/s. Hitung usaha yang dilakukan pada motor itu! Diket: m= 200kg ; v2 = 20m/s ; v1 = 10m/s Dit: W? Jawab W = EK2 – EK1 = ½ m v22 – ½ v12 = ½ (200) 202 – ½ (200) 102 = 40.000 – 10.000 = 30.000 J = 30 kJ

Hukum Kekekalan Energi Mekanik

Hukum Kekekalan Energi Mekanik Dari gambar diatas di dapat, di titik 1 energi potensial benda (EP1) relatif besar namun energi kinetiknya (EK1) relatif kecil. Sesampianya di titik 2, energi potensial benda (EP2) sudah berkurang dan menjadi relatif kecil, namun energi kinetiknya (EP2) relatif besar. Jumlah energi potensial dan energi kinetik di titik 1 ternyata sama dengan jumlah energi potensial dan energi kinetik di titik 2, sehingga EP1 + EK1 = EP2 + EK2

Jumlah energi potensial dan energi kinetik inilah yang disebut enegi mekanik. Dan energi mekanik disetiap benda tidak berubah. Hukum energi mekanik berlaku umum selama tidak ada gayan luar yang bekerja pada benda tsb. EM = EP + EK

Contoh Soal Sebuah batu bermassa 1kg dilempar vertikal ke atas dengan kelajuan awal 20m/s. Hitung energi mekanik, energi potensial, dan energi kinetik benda saat berada di ketinggian 5m ! Diket: m = 1kg ; v = 20m/s ; h = 5m Dit: EM, Ek, Ep?

EM1 = EP1 + EK1 = 0 + ½ mv12 = ½ x 1 x 202 = 200 J EM2 = EM1 = 200 J (berdasarkan hukum kekekalan energi mekanik) EP2 = mgh2 = 1 x 10 x 5 = 50 J EK2 = EM2 - EP2 = 200 – 50 = 150 J

DAYA Pengertian : usaha yang dilakukan oleh benda setiap sekon atau laju enegi yang berubah menjadi energi lain. Rumus : P = daya (watt) W = usaha yang dilakukan (joule) t = waktu (s)

Contoh Soal Rinto yang bermassa 50 kg menaiki tangga ke lantai tiga setinggi 12m selama 0,5 menit. Berapa kah daya yang dilakukan Rinto? Diket: m = 50kg ; h = 12m ; t = 0,5menit = 30s Dit: P? Jawab: