Tugas Media Pembelajaran

 

ENERGI DAN USAHA

Bagaimana cara kamu menggunakan energi setiap hari? Setiap aktivitas yang kamu

lakukan akan memerlukan pengeluaran energi yang tersimpan dalam tubuhmu. Beberapa

kegiatan, misalnya olah raga naik turun tangga memerlukan lebih banyak energi dibanding

yang lain. Dalam Bab ini kamu akan mempelajari beberapa bentuk energi, usaha atau kerja,

serta peralatan yang memudahkan kerja. Lakukan Kegiatan Penyelidikan di bawah ini, untuk

menyelidiki keterkaitan aktivitas dengan penggunaan energi. Amatilah pula bagaimana kamu

bergantung pada sumber energi yang ada dalam dirimu.

Pikirkan energi yang terlibat saat kamu mencoba kegiatan berikut ini!

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 buku tersebut.

    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. Kegiatan manakah yang memerlukan banyak energi?

1. ENERGI

Apakah energi Itu?

 

Kamu tentunya telah mengetahui berbagai contoh energy yang dimanfaatkan saat ini. Hampir semua yang kamu lihat atau kerjakan melibatkan energi. Energi itu sesuatu yang agak misterius. Kamu tidak dapat menciumnya. Dalam banyak kejadian kamu tidak dapat melihatnya. Sebagai contoh, cahaya adalah salah satu bentuk energi, dan tanpa cahaya kamu tidak mampu melihat apapun. Kamu tidak dapat melihat listrik, tetapi kamu dapat melihat akibatnya saat menyalakan lampu, dan kamu dapat merasakan akibatnya pada panas yang dihasilkan oleh kumparan pemanggang kue. Kamu tidak dapat melihat energi dalam makanan pada, tetapi kamu dapat melihat dan merasakan akibatnya ketika otot-ototmu menggunakan energi tersebut untuk bergerak.

 

Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha, yakni menyebabkan sesuatu berpindah. Tetapi ketika usaha ditunjukkan, selalu ada perubahan. Hubungan ini memberikan definisi umum yang berguna. Energi adalah kemampuan untuk menyebabkan perubahan.

Perubahan bentuk energi

 

Jika kamu meminta teman-temanmu untuk memberikan contoh-contoh energi, kamu mungkin akan mendapatkan jawaban yang berbeda-beda. Beberapa diantaranya mungkin menunjuk energi dalam api. Teman lain mungkin memberikan energi yang dibutuhkan untuk lomba lari. Energi terjadi pada berbagai bentuk yang berbeda. Api memiliki energi panas dan energi cahaya. Lemak yang tersimpan dalam tubuhmu mengandung energi kimia. Sebagai penyebab berubahnya benda-benda, energi itu sendiri seringkali mengalami perubahan dari satu bentuk ke bentuk lain. Perubahan bentuk energi terjadi di sekitarmu setiap hari. Ketika mobil terletak di tempat panas sepanjang hari, energi gelombang cahaya berubah menjadi energi panas yang menghangatkan bagian dalam mobil itu.

Dalam api unggun, energi kimia di dalam kayu berubah menjadi

energi cahaya dan energi panas. Selama perubahan bentuk,

misalnya saat cahaya berubah menjadi panas, banyaknya energy tetap sama. Tak ada energi yang hilang atau bertambah. Hanya bentuk energi yang berubah, bukan banyaknya energi.

Energi kinetik dan potensial

 

Telah kamu ketahui bahwa energi dapat berada dalam berbagai bentuk, misalnya cahaya, panas, dan gerak. Sekarang bayangkan sebuah batu yang diam di puncak tebing. Apabila batu tersebut didorong dan bergerak, maka batu tersebut akan jatuh, dan bergerak makin lama makin cepat. Batu yang bergerak tersebut memiliki energi kinetik. Pada saat batu diam di puncak bukit, batu tersebut memiliki energi potensial.

Energi Kinetik: pada Benda Bergerak

 

Biasanya, ketika kamu berpikir tentang energi, kamu berpikir tentang gerak. Energi kinetik adalah energi dalam bentuk gerak. Roda sepeda yang berputar, anak-anak yang berlari, dan plastik yang melayang semuanya memiliki energikinetik. Berapa besarnya? Energi ini bergantung pada massa dan kecepatan benda yang bergerak. Semakin besar massa benda yang bergerak, energi kinetiknya juga semakin besar. Demikian juga semakin cepat benda bergerak, energi kinetiknya semakin besar. Truk yang bergerak pada 100 km/jam memiliki energi kinetik lebih besar dibanding sepeda motor yang bergerak dengan kelajuan yang sama. Tetapi sepeda motor tersebut memiliki energi kinetik lebih besar daripada sepeda motor sejenis yang bergerak pada 80 km/jam.

 

Energi Potensial Gravitasi

 

Energi tidak harus melibatkan gerakan. Walaupun tak bergerak, suatu benda dapat memiliki energi yang tersimpan padanya, yang berpotensi menyebabkan perubahan jika terdapat kondisi-kondisi tertentu. Energi potensial adalah energi yang tersimpan. Besar energi potensial pada suatu benda bergantung pada kedudukannya atau kondisinya. Lebih tinggi kedudukan, energi potensialnya juga lebih besar Besar energi potensial gravitasi pada sebuah benda juga bergantung pada massa benda tersebut. Semakin besar massa sebuah benda, energi potensial gravitasi benda tersebut juga semakin besar

Kekekalan Energi

 

Mungkin kamu pernah menaiki ayunan seperti yang dinaiki anak. Cobalah ingat lagi seperti apa mengayun maju dan mundurnya, tinggi dan rendahnya. Sekarang pikirkan tentang perubahan energi pada masingmasing gerakan tersebut. Ayunan dimulai dengan suatu dorongan untuk membuatmu bergerak, yakni untuk memberikan sejumlah energi kinetik padamu. Saat ayunan naik, energi kinetic berubah menjadi energy potensial. Pada titik tertinggi, energi potensialnya juga terbesar. Kemudian, saat ayunan turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Pada titik terendahnya, energi kinetik-nya terbesar dan energi potensialnya terkecil. Ketika ayunan berlangsung maju dan mundur, energy diubah dari kinetik ke potensial ke kinetik, berlanjut dan berlangsung terus-menerus. Secara bersamaan, energy potensial dan kinetik ayunan membentuk energi mekanik. Energi mekanik adalah jumlah energi kinetik dan energy potensial dalam suatu sistem.

2. USAHA

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 pesanan makanan di restoran atau berangkat mengajar atau kerja kantor. Pengertian usaha dalam fisika berbeda dengan pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari. Usaha dalam keseharian di definisikan sebagai segala sesuatu yang di kerjakan oleh manusia, sedangkan usaha dalam fisika adalah gaya yang menyebabkan suatu benda berpindah posisi ( tempat ).

Besar usaha yang dilakukan bergantung pada besar dan arah gaya yang dikerahkan dan perpindahan benda selama gaya dikenakan. Ketika sebuah gaya bekerja pada arah yang sama dengan arah gerak benda, usaha dapat dihitung dengan cara

Usaha = gaya x jarak

W        = F x d

Usaha, seperti halnya energi, bersatuan joule. Joule adalah nama ilmuwan Inggris, James Prescott Joule. Satu joule sama dengan satu newton-meter (N.m), yakni besarnya usaha yang dilakukan ketika gaya satu newton bekerja sepanjang satu meter.

Menghitung Usaha

Contoh soal:

Ransel siswa beratnya 30 N. Seorang siswa mengangkatnya dari lantai ke meja yang

tingginya 1,5 m. Berapakah usaha yang dilakukan terhadap ransel tersebut?

Jawab:

Diketahui: F=30 N

d=1,5 m

Ditanya: W=……?

W = F x d

W = 30 N x 1,5 m

W = 45 Nm

W = 45 J

Soal-soal Latihan:

1. Seorang tukang kayu mengangkat balok 450 N setinggi 120 m. 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 dilakukan penari itu pada saat mengangkat balerina? Selama menahan balerina di atas kepalanya?

Terdapat 2 faktor yang harus diingat bila memutuskan apakah terdapat usaha yang dilakukan: benda harus bergerak, dan arah gerakannya tidak tegak lurus dengan arah gaya yang dikerahkan. Perhatikan bahwa pada saat usaha dilakukan pada sebuah benda, selalu terjadi perubahan gerakan pada benda itu. Telah kamu ketahui bahwa gerak merupakan salah satu bentuk energi. Jadi usaha merupakan pemindahan energy melalui gerak.

Daya

Misalkan kamu dan temanmu mengangkat kotak-kotak dari lantai ke atas rak. Berat kotak-kotak itu sama, tetapi temanmu mampu mengangkat kotak lebih cepat daripada kamu. Temanmu mengangkat kotak dalam waktu 15 sekon, sedangkan kamu 20 sekon. Apakah usaha yang kalian lakukan sama? Ya. Hal ini benar, karena berat kotak sama dan jaraknya juga sama. Perbedaannya hanyalah waktu yang kalian perlukan untuk melakukan usaha. Temanmu memiliki daya lebih besar daripada kamu.

 

Daya adalah cepatnya usaha dilakukan. Dengan kata lain daya adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu. Untuk menghitung daya, bagilah usaha yang dilakukan dengan waktu yang diperlukan untuk melakukan usaha.

Daya =usaha x waktu

P      =W  x t

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

Menghitung Daya

Contoh soal:

Seorang pemain akrobat mengangkat rekannya, yang beratnya 450 N, setinggi 1,0m dalam waktu 3,0 sekon. Berapakah daya yang diperlukan?

Jawab:

Diketahui :F = 450 N

d = 1,0 m

t = 3,0 s

Ditanya : P =………?

W = F x d

W = 450 N x 1,0 m

W = 450 J

P =Wxt

P = 450 N x 3,0 s

P =150 W

Soal-soal Latihan:

Berapakah daya yang diperlukan seseorang yang beratnya 50 N untuk menaiki tangga setinggi 3 m dalam waktu 5 sekon?

PESAWAT SEDERHANA

Apakah kamu menggunakan pesawat atau mesin hari ini? Kamu mungkin mengetahui bahwa sepeda adalah sebuah mesin. Peraut pensil dan pembuka botol juga mesin. Jika kamu memutar pegangan pintu atau mencangkul tanah, kamu telah menggunakan mesin. Mesin atau pesawat adalah peralatan yang memudahkan kerja/usaha.

Pesawat Sederhana

 

Sebagian pesawat dijalankan oleh motor listrik atau motor bakar; sebagian lagi dijalankan oleh manusia. Pesawat sederhana adalah peralatan yang melakukan usaha dengan hanya satu gerakan memperlihatkan contoh-contoh berbagai jenis pesawat sederhana. Kamu akan belajar jenis-jenis pesawat ini lebih banyak pada bagian berikutnya.

Keuntungan Pesawat Sederhana

 

Misalkan kamu ingin membuka kotak kayu berpaku dengan pengumpil. Kamu menyelipkan ujung pengumpil itu di bawah papan kayu dan menekan ke bawah pegangannya. Kamu melakukan usaha terhadap pengumpil dan pengumpil melakukan usaha terhadap papan kayu. Pesawat memudahkan kerja/usaha dengan mengubah besar gaya yang kamu kerahkan, arah gaya, atau keduanya.

Mengatasi Gravitasi dan Gesekan

 

Ketika kamu menggunakan pesawat sederhana, kamu mencoba menggerakkan sesuatu yang sulit digerakkan. Sebagai contoh, ketika kamu menggunakan sepotong kayu untuk menggerakkan sebongkah batu, kamu bekerja melawan gravitasi, yakni berat batu. Ketika kamu menggunakan pengumpil untuk membuka tutup kotak, kamu bekerja melawan gaya gesek, yaitu gesekan antara paku-paku di tutup kotak dan kotaknya.

Keuntungan Mekanik

 

Bilangan yang menunjukkan berapa kali lipat pesawat menggandakan gaya disebut keuntungan mekanik (KM) pesawat itu. Untuk menghitung keuntungan mekanik, kamu bagi gaya beban dengan gaya kuasa. Beberapa pesawat tidak menggandakan gaya. Pesawat itu hanya mengubah arah gaya kuasa. Sebagai contoh, bila kamu menarik ke bawah tali kerekan sumur, maka timba akan naik. Hanya arah gaya yang berubah; gaya kuasa dan gaya beban sama, jadi keuntungan mekaniknya 1. Pesawat-pesawat lain, seperti sekop, memiliki keuntungan mekanik kurang dari 1. Pesawat itu digunakan untuk mempercepat gerak beban.

KM =Gaya beban/Gaya kuasa=Fb/Fk

Menghitung Keuntungan Mekanik

Contoh soal:

Seorang pekerja mengerahkan gaya kuasa 20 N untuk mencongkel jendela yang memiliki gaya hambat 500 N. Berapa keuntungan mekanik linggisnya?

Jawab :

Di ketahui : Fb = 500 N

Fk = 20 N

Ditanya : KM = …….?

KM = 500 N20 N

KM = 25

Soal Latihan:

Carilah gaya kuasa yang diperlukan untuk mengangkat batu 2000 N, dengan menggunakan tongkat yang keuntungan mekaniknya 10.

Jenis-jenis Pesawat Sederhana

 

Pengungkit atau Tuas

 

Jika kamu pernah menaiki gerobak, membuka tutup botol, atau mengayunkan raket, kamu telah menggunakan pengungkit atau tuas. Pengungkit adalah batang yang dapat berputar terhadap titik tetap. Titik tetap pada pengungkit disebut tumpuan. Bagian pengungkit yang dikenai gaya kuasa disebut lengan kuasa. Bagian pengungkit yang mengerjakan gaya beban disebut lengan beban. Misalkan kamu menggunakan pembuka ban untuk membuka ban dari roda. Kamu dapat melihat dalam Gambar dibawah peleg roda berfungsi sebagai tumpuan. Kamu menekan lengan kuasa pembuka ban ke bawah. Pembuka ban berputar terhadap tumpuan, dan lengan beban mengerjakan gaya kepada ban, sehingga ban terangkat keatas.

Keuntungan Mekanik Pengungkit

 

Pengungkit memudahkan usaha dengan menggandakan gaya kuasamu dan mengubah arah gayamu. Kamu telah mempelajari bahwa keuntungan mekanik pesawat dapat dihitung dengan membagi gaya beban dengan gaya kuasa. Setelah melakukan kegiatan dalam Lab Mini 9.1, kamu juga dapat menggunakan panjang lengan pengungkit untuk menemukan keuntungan mekanik pengungkit. Panjang lengan kuasa adalah jarak dari tumpuan sampai titik bekerjanya gaya kuasa. Panjang lengan beban adalah jarak dari tumpuan sampai dengan titik bekerjanya gaya beban. Sesuai dengan Lab Mini 9.1, keuntungan mekanik pengungkit dapat pula dicari dengan persamaan:

KM =Panjang lengan kuasa/Panjang lengan beban

KM=Lk/Lb

Keuntungan Mekanik Pengungkit

Contoh soal :

Seorang anak menggunakan sebatang besi untuk mengangkat tutup lubang got yang beratnya 65 N. Panjang lengan kuasa pengungkit itu 60 cm. Sedangkan panjang lengan beban 10 cm. Berapakah keuntungan mekanik batang itu?

Jawab :

Diketahui : Lk = 60 cm

Lb = 10 cm

Ditanyakan :KM = ……?

KM =60 10

KM = 6

Soal-soal Latihan:

Kamu menggunakan bambu 140 cm sebagai pengungkit untuk mengangkat batu besar. Batu itu 20 cm dari tumpuan. Berapakah KM pengungkit itu?

Jenis-Jenis Pengungkit

Terdapat tiga jenis pengungkit. Jenis-jenis pengungkit ini didasarkan pada posisi gaya kuasa, gaya beban, dan tumpuan.

1.3.

2.

Jenis Pertama: Pengungkit ini, dengan tumpuan terletak antara gaya kuasa dan gaya beban, biasanya digunakan untuk melipatkan gaya. Jika gaya kuasa dikenakan pada lengan yang lebih pendek pada pengungkit, pengungkit itu dapat juga digunakan untuk melipatkan jarak

Jenis Kedua: Beban terletak antara gaya kuasa dan tumpuan. Pengungkit ini selalu melipatkan gaya.

Jenis Ketiga: Gaya kuasa terletak di antara gaya beban dan tumpuan. Lengan kuasa selalu lebih pendek daripada lengan beban, sehingga pengungkit ini tidak dapat melipatkan gaya dan keuntungan mekaniknya selalu kurang dari satu. Pada gambar orang menyekop di samping, titik tumpuannya adalah tangan kanan.

 

Menarik dengan Katrol

 

Pernahkah kamu melihat seseorang menaikkan bendera pada tiang bendera? Sebuah katrol digunakan untuk menempatkan bendera di puncak tiang. Katrol adalah roda beralur dengan sebuah tali atau rantai yang lewat pada alur itu. Katrol memudahkan kita melakukan kerja.

 

Penempatan Katrol

 

Katrol dapat tetap atau bebas. Katrol tetap dilekatkan pada sesuatu yang tidak bergerak, misalnya atap, dinding, atau pohon. Katrol tetap, seperti yang digunakan orang pada puncak tiang bendera, dapat mengubah arah gaya kuasa. Ketika kamu menarik ke bawah pada lengan kuasanya dengan tali, katrol itu menaikkan benda yang dihubungkan dengan lengan beban. Keuntungan mekanik katrol tetap sama dengan 1. Jadi, katrol tetap tunggal tidak menggandakan gaya

 

Katrol Gabungan

 

Katrol tetap dan bebas dapat digabungkan untuk membuat sistem katrol yang disebut katrol gabungan. Bergantung pada jumlah katrol yang digunakan, katrol gabungan dapat memiliki keuntungan mekanik yang besar. Keuntungan mekanik katrol gabungan sama dengan jumlah tali yang menyokong berat beban.

 

Katrol, Sebuah Pengungkit

 

Bekerjanya katrol mirip dengan pengungkit jenis pertama, namun menggunakan tali sebagai batang. Sumbu katrol berfungsi seperti tumpuan. Dua sisi katrol berlaku sebagai lengan kuasa dan lengan beban.

 

Roda dan Poros

 

Roda dan Poros adalah pesawat sederhana yang mengandung dua roda dengan ukuran berbeda yang berputar bersamaan. Gaya kuasa biasanya dikerahkan kepada roda yang besar, atau roda. Roda yang lebih kecil, yang disebut poros, mengerjakan gaya beban.

 

Bidang Miring

 

Sekrup

 

Sekrup adalah bidang miring yang diputarkan pada tabung secara spiral. Jika kamu mengamati sebuah sekrup, kamu akan lihat uliran berupa bidang miring yang bergerak dari ujung sekrup hingga dekat puncaknya. Saat kamu memutar sekrup, uliran seolah-olah menarik sekrup ke dalam kayu. Sebenarnya, bidang miring pada sekrup itu bergeser melalui kayu.

 

Baji

 

Baji adalah bidang miring dengan satu atau dua sisi miring. Kapak, pisau, dan pahat adalah contoh-contohnya. Baji merupakan bidang miring yang bergerak. Benda-benda diam di suatu tempat saat baji melaluinya.

Pilihlah kata atau frase yang dapat melengkapi kalimat atau menjawab pertanyaan berikut.

1. Satuan energi dalam sistem SI adalah

a. kilogram

b. newton

c. joule

d. kelvin

2. Banyaknya energi kinetik dan potensial dalam sistem tertutup disebut ....

a. kalor jenis

b. energi tersimpan

c. energi mekanik

d. massa

3. Energi apakah yang bergantung pada letak suatu benda?

a. Energi kinetik

b. Energi potensial

c. Energi panas

d. Suhu

4. Energi gerak adalah energi ....

a. potensial

b. kinetik

c. panas

d. kimia

5. Besar energi potensial gravitasi bergantung pada ....

a. kelajuan benda

b. waktu

c. percepatan

d. massa benda

Isilah soal uraian di bawah ini!

6. Apa yang di maksud dengan usaha dalam fisika?

7. Sebutkan contoh usaha dalam keseharian?

8. Tuliskan rumus dari daya!

9. Apa yang di maksud dengan pesawat sederhana?

10. Sebutkan contoh dari pesawat sederhana?

Jawaban

1. C. Joule
2. C. Energi Mekanik
3. B. Energi Potensial
4. B. Energi Kinetik
5. D. Massa Benda
6. Usaha dalam fisika adalah gaya yang menyebabkan suatu benda berpindah posisi ( tempat)
7. Belajar
8. P =Wt
9. Pesawat sederhana adalah peralatan yang melakukan usaha dengan hanya satu gerakan
10. Gunting, pisau, katrol, dll