G. Usaha dan Energi
1. Usaha Pengertian usaha dalam kehidupan sehari-hari berbeda dengan
pengertia n usaha dalam fisika. Contoh “usaha” berdasarkan pengertian
sehari-hari: a. Bila seseorang mahasiswa ingin lulus dengan IPK yang baik,
diperlukan usaha keras untuk belajar
b. Dosen yang baik, selalu berusaha dengan berbagai cara untuk menerangkan mata kuliahnya, agar dapat difahami dengan baik oleh
mahasiswanya.
Dari dua contoh di atas dapat disimpulkan bahwa kata “usaha”
dalam bahasa sehari-hari menjelaskan hampir semua aktivitas sehari-hari. Kata “usaha” dalam pengertian sehari-hari ini tidak dapat dinyatakan
dengan suatu angka atau ukuran dan tidak dapat pula dinyatakan dengan rumus matematis. Tetapi dalam fisika usaha merupakan definisi yang
sudah pasti, mempunyai arti dan dapat dinyatakan dengan rumus matematis. Pengertian usaha menurut bahasa sehari-hari adalah
“upaya”
untuk mendapatkan sesuatu.
Dalam fisika, usaha merupakan proses perubahan energi dan selalu dihubungkan dengan gaya F dan perpindahan s suatu benda. Dengan
kata lain, bila ada gaya pada benda ada perpindahan suatu benda itu, maka
Gambar 1. Gaya F dan Pergesera Benda Sejauh s dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda. Usaha dapat
ditimbulkan oleh gaya yang konstan dan juga gaya yang tidak konstan.
a.
Usaha oleh Gaya Konstan Usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya pada suatu benda adalah
hasil kali gaya tersebut dengan perpindahan benda di mana gaya itu bekerja Tipler, 1998: 156. Jika arah gaya dan arah perpindahan
berbeda, maka hanya komponen gaya yang berimpit dengan perpindahan yang melakukan kerja. Besar usaha oleh gaya konstan
merupakan hasil kali besar komponen gaya yang berimpit dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan.
Apabila pergeseran tidak searah dengan arah maka yang digunakan
adalah komponen gaya yang berimpit pergeseran. Usaha akan maksimal bila
memiliki arah yang sama dengan pergeseran, usaha akan nol 0 bila gaya yang dikerahkan tegak lurus dengan pergeseran.
Gaya bekerja pada benda yang mengalami pergeseran sejauh s.
Komponen gaya F yang berimpit dengan perpindahan adalah , maka besarnya usaha adalah
Satuan Internasional SI dari usaha adalah Joule J, yang sama dengan perkalian dari Newton dan meter.
N m Seandainya pada sebuah benda dikenai gaya lebih dari satu, misalkan
tiga buah gaya F
1
, F
2
, dan F
3
, dan benda mengalami perpindahan sejauh s, sehingga usaha oleh masing-masing gaya tersebut
dijumlahkan.
Usaha masing-masing gaya dapat dicari dengan menggunakan rumus:
Gaya F
1
akan melakukan usaha sebesar
Gambar 2. Usaha oleh Beberapa Gaya
Gaya F
2
akan melakukan usaha sebesar
Gaya F
3
akan melakukan usaha sebesar
Maka Usaha total Usaha yang dilakukan oleh ketiga gaya tersebut
b. Usaha oleh Gaya yang Tidak Konstan
Contoh gaya yang tidak konstan adalah gaya yang bergantung pada posisi. Contoh gaya yang tergantung pada posisi adalah gaya pegas,
gaya gravitasi antarplanet, gaya listrik antara dua benda bermuatan, dan sebagainya. Gaya yang berubah terhadap posisi dapat kita anggap
sebagai sederetan gaya-gaya konstan. Usaha yang dilakukan pada tiap selang adalah luasan di bawah gaya seperti pada gambar 3. Jadi, usaha
total adalah jumlah seluruh luasan.
Gambar 3.Grafik Gaya yang Tidak Konstan terhadap
2. Energi Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi di
alam adalah besaran yang kekal, dengan sifat-sifat sebagai berikut : a. Energi dapat diubah menjadi energi bentuk lain, tidak dapat
hilang. Misalnya energi pembakaran berubah menjadi energi penggerak mesin.
b. Energi dapat dipindahkan dari suatu benda ke benda lain atau dari sistem ke sistem lain. Misalnya kita memasak air. Energi
dari api pindah ke air menjadi energi panas, dan energi panas atau kalor dipindah lagi ke uap menjadi energi uap.
c. Energi dapat dipindah ke sistem lain melalui kerja mekanik. d. Energi tidak dapat dibentuk dari nol dan tidak dapat
dimusnahkan. Sumber-sumber energi yang banyak digunakan dalam kehidupan
sehari-hari adalah energi minyak bumi, energi batubara, energi air terjun, energi nuklir dan energi kimia.
3. Macam-Macam Energi a. Energi Kinetik
Energi kinetik merupakan energi yang dipunyai benda karena geraknya. Energi kinetik diperkenalkan pertama kali oleh
Lord Kelvin, fisikawan Inggris. Kata kinetik berasal dari bahasa
Yunani yang berarti gerak. Energi kinetik bergantung pada massa dan kelajuan benda Kanginan, 2013: 118.
Hubungan yang penting antara usaha total yang bekerja pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya.
Pernyataan ini merupakan prinsip usaha-energi. Prinsip usaha- energi berlaku jika W adalah usaha total yang dilakukan oleh setiap
gaya yang bekerja pada benda. Jika usaha positif W bekerja pada suatu benda, maka energi kinetiknya bertambah sesuai dengan
besar usaha positif tersebut W. Jika usaha W yang dilakukan pada benda bernilai negatif, maka energi kinetik benda tersebut
berkurang sebesar W. Dapat dikatakan bahwa gaya total yang diberikan pada benda di mana arahnya berlawanan dengan arah
gerak benda, maka gaya total tersebut mengurangi laju dan energi kinetik benda. Jika besar usaha total yang dilakukan pada benda
adalah nol, maka besar energi kinetik benda tetap laju benda konstan.
Karena usaha yang yang dilakukan oleh gaya sama dengan usaha total yang dilakukan partikel
Dengan
Maka
Hasil ini dikenal sebagai Teorema Usaha-Energi bahwa
usaha yang dilakukan oleh gaya resultan yang bekerja pada suatu benda sama dengan perubahan energi kinetik yang dialami benda
itu, yaitu energi kinetik akhir dikurang energi kinetik awal Kanginan, 2013: 120.
b. Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda akibat
kedudukannya bidang acuan. Yang dimaksud dengan bidang acuan adalah bidang yang diambil sebagai acuan tempat benda
mempunyai energi potensial sama dengan nol. Contoh energi potensial adalah energi pegas, energi karet ketapel, energi air
terjun.
1 Energi Potensial Gravitasi Energi Potensial gravitasi suatu benda yang bermassa m dan
berada di dalam medan gravitasi benda lain yang bermassa M dalam kasus ini diambil bumi yang bermassa M dengan titik
acuan tak berhingga.
Apabila permukaan bumi sebagai bidang potensial nol dan ketinggian tidak melebihi 1000 km percepatan gravitasi tidak
terlalu berbeda, dianggap konstan, perumusan energi potensial, secara matematis dapat ditulis:
Ep = m g h Untuk lebih memahaminya, mari kita perhatikan sebuah buku
yang berada di atas sebuah meja. Dikatakan bahwa buku tersebut mempunyai energi potensial gravitasi terhadap lantai.
Jika buku tersebut mempunyai energi potensial gravitasi berarti gaya gravitasi pada benda tersebut mampu melakukan usaha
dari tempat semula ke lantai. Dalam kasus ini, bidang lantai dianggap sebagai bidang acuan.
2 Energi Potensial Pegas Energi potensial pegas adalah kemampuan pegas untuk
kembali ke bentuk semula. Secara umum persamaan energi potensial pegas adalah :
4. Kekekalan Energi Mekanik Usaha yang dilakukan gaya gravitasi pada benda yang berpindah
dari suatu titik ke titik lain tidak bergantung pada jalan yang ditempuh. Jumlah energi kinetik dan energi potensial di dalam medan gravitasi
konstan. Jumlah energi kinetik dan energi potensial ini disebut energi mekanik.
Hal di atas dikenal sebagai Hukum kekekalan energi mekanik
yang berbunyi : Jika pada suatu sistem hanya bekerja gaya-gaya yang bersifat konservatif, maka energi mekanik sistem pada posisi apa saja
selalu tetap dengan kata lain energi mekanik pada posisi akhir sama dengan energi mekanik pada posisi awal.
USAHA
Teorema Usaha- Energi
Energi Kinetik
Energi Potensial Gravitasi
ENERGI
Energi Potensial
Energi PotensialPegas
Kekekalan Energi Energi Total
Energi Mekanik
PETA KONSEP USAHA DAN ENERGI
20
BAB III
Metodologi
A. Jenis Penelitian