Daya Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016
                                                                                Bab 5 Kerja dan Energi
372
v F
 
 
5.28
Tampak  dari  persamaan  5.28  bahwa  makin  besar  gaya  yang dikerjakan  maka  makin  besar  daya  yang  dihasilkan.  Untuk  kendaraan
bermotor,  mesin  dirancang  untuk  menghasilkan  daya  tertentu.  Makin besar daya mesin maka makin besar gaya yang dihasilkan kendaraan saat
bergerak sehingga makin cepat kendaraan mencapai kecepatan tertentu. Mesin  mobil  Xenia  1000  cc  Gambar  5.16,  kiri  menghasilkan  daya
maksimum 63 daya kuda yang setara dengan 47 ribu watt. Mobil ini dapat mencapai  laju  100  kmjam  dari  keadaan  diam  dalam  waktu  20  detik.
Mobil dengan daya terbesar yang ada hingga saat ini adalah SSC Ultimate Aero  TT  Gambar  5.16,  kanan.  Mesin  mobil  ini  mengeluarkan  daya
maksimum  1.180  daya  kuda  atau  setara  dengan  880  ribu  watt.  Untuk mencapai laju 100 kmjam dari keadaan diam hanya dibutuhkan waktu
2,8 detik.
mobilbaru.net automotoportal.com
Gambar 5.16 Mobil All New Xenia 1000cc dengan daya maksimum mesin  62 daya kuda 47 ribu watt dan SSC Ultimate Aero TT dengan daya maksimum mesin 1.180 daya kuda 880 ribu watt.
Pembangkit  listrik  tenaga  air  PLTA  Cirata  di  Purwakarta,  Jawa Barat  menghasilkan  daya  listrik  1.008  MW yang  terkoneksi  pada  sistem
jaringan Jawa-Bali Gambar 5.7, kiri. PLTA dengan daya terbesar di dunia adalah  Three  Gorges  Dam  yang  terletak  di  Propinsi  Hubei,  China.  Daya
yang dihasilkan adalah 18,2 GW atau setara dengan 18 buah PLTA Cirata Gambar 5.17, kanan. PLTA Jatiluhur yang sangat terkenal di Indonesia
hanya menghasilkan daya 175 MW.
Bab 5 Kerja dan Energi
373
absolutechinatours.com esdm.go.id
Gambar 5.17 kiri PLTA Cirata dan kanan PLTA Three Gorges Dam
Contoh 5.6
Posisi  benda  yang  melakukan  gerak  osilasi  memenuhi  persamaan cos
t A
t x
 .  Gaya  yang  bekerja  tiap  saat  memenuhi  hukum  Hooke,
kx F
 
. Berapakah daya tiap saat?
Jawab Pertama kita tentukan kecepatan tiap saat. Karena gerak hanya bersifat
satu dimensi maka kecepatan tiap saat adalah
dt dx
v 
sin t A
 
 
Daya tiap saat adalah
Fv P
Bab 5 Kerja dan Energi
374
  
sin cos
t A
t kA
 
 
 
sin cos
t t
kA 
 
Contoh 5.7
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air  PLTA  Cirata  di  Kabupaten  Purwakarta merupakan  salah  satu  sumber  jaringan  listrik  interkoneksi  Jawa-Bali
Gambar 5.17 kiri. PLTA tersebut memiliki 8 turbin yang digerakkan oleh air.  Tiap  turbin  didorong  oleh  air  yang  jatuh  dari  ketinggian  112,5  meter
dengan debit 135 m
3
detik. Massa jenis air adalah  = 1.000 kgm
3
. a
Berapa daya yang dihasilkan air ketika mencapai masing-masing turbin?
b Jika turbin dapat mengubah 85 energi air menjadi energi listrik,
berapakan daya listrik yang dihasilkan oleh masing-masing turbin. c
Berapakah daya listrik total yang dihasilkan PLTA Cirata? Jawab
a Kita perhatikan satu turbin dulu. Volume air yang jatuh adalah 135
m
3
detik. Dengan demikian massa air yang jatuh adalah 135  1.000 = 135.000 kgdetik. Air jatuh dari ketinggian h = 112,5 meter, sehingga
energi  yang  dihasilkan  air  per  detik  daya  yang  dihasilkan  adalah 135.000  g  h = 135.000  10  112,5 = 1,52  10
8
jouledetik = 1,52  10
8
watt. b
Daya listrik yang dihasilkan masing-masing turbin adalah 85  1,52  10
8
watt = 0,85  1,52  10
8
watt = 1,29  10
8
watt c
Daya listrik total yang dihasilkan 8 turbin adalah 8  1,29  10
8
watt = 1,29  10
8
watt = 1,032  10
8
watt = 1,032 GW.
Kerja oleh Pembalab Sepeda. Ketika pembalab mengayuh sepeda,
mula-mula  kerja  yang  dikeluarkan  sangat  besar.  Lama-kelamaan  kerja yang  dikeluarkan  makin  kecil  dan  pada  akhirnya  hampir  tidak  ada  lagi
kerja yang dapat dikalukan karena telah kehabisan tenaga. Dari sejumlah pengukuran yang dilakukan ternyata kerja yang dilakukan oleh pembalap
sepeda  di  saat-saat  awal  mengayuh  dapat  didekati  dengan  persamaan [I.R.C. Nickling, Bikework, American Journal of Physics 51, 423 1983]
 
exp 1
T t
W t
W 
 
5.29
Bab 5 Kerja dan Energi
375
di  mana  T adalah  waktu  karakteristik.  Waktu  karakteristik  berbeda
untuk pembalap yang berbeda. Ketika waktu sudah berlangsung selama t = T
maka
 
exp 1
T T
W T
W 
 
 
1 exp
1 
  W
 
632 ,
367879 ,
1 W
W 
 
5.30
Gambar 5.18 Daya dan kerja yang dihasilkan pembalap sepeda sebagai fungsi waktu.
Tampak dari persamaan 5.30 bahwa waktu karakteristik T adalah
Bab 5 Kerja dan Energi
376
waktu  yang  yang  diperlukan  sehingga  kerja  yang  dikeluarkan  pembalap tinggal 0,632 63,2 dari kerja mula-mula. Dari persamaan kerja tersebut
kita dapat mendapatkan daya yang dikeluarkan pembalap tiap saat, yaitu
exp T
t T
W dt
dW P
 
exp T
t P
 
5.31
dengan P = W
T . Dari sejumlah pembalap yang diukur didapat W
 53.2  10
3
J dan T  64.2 s. Grafik perubahan kerja dan daya yang dihasilkan
pembalap tampak pada Gambar 5.18.
Fisika  Balapan.  Awal  tahun  1960,  insinyur  Roger  Huntington
membangun  persamaan  empirik  yang  mengaitkan  rasio  daya  dan  berat terhadap  laju  kendaraan.  Persamaan  yang  didapat  adalah  laju  dalam
satuam MPH memenuhi persamaan
3 1
 
 
 
 berat
daya K
MPH
5.32 dengan
K = 225; daya dalam horse power;
berat dalam pound; MPH adalah laju dalam satuan mile per hour.
Fox  membangun  landasan  teori  untuk  persamaan  Huntington  tersebut [G.T. Fox, On the Physics of Drag Racing, American Journal of Physics 41,
Bab 5 Kerja dan Energi
377
311 1973]. Asumsi yang digunakan adalah constant power approximation CPA,  artinya  selama  balapan,  daya  yang  dihasilkan  kendaraan  tetap
nilainya.
Energi  kinetik  yang  dimiliki  kendaraan  sama  dengan  kerja  yang dilakukan  mesin  dan  kerja  yang  dilakukan  mesin  sama  dengan  integral
daya terhadap waktu. Dengan demikian kita dapat menulis
t
Pdt mv
2
2 1
5.33
Karena  daya  bernilai  konstan  selama  balapan  maka  daya  dapat dikeluarkan dari tanda integral dan kita peroleh
Pt mv
2
2 1
Atau laju kendaraan memenuhi persamaan
2 1
2 
 
 
 
m Pt
v
5.34
Dari persamaan laju maka kita dapat menentukan jarak tempuh kendaraan dengan proses integral, yaitu
t
vdt x
 
 
 
t
dt t
m P
2 1
2 1
2
Bab 5 Kerja dan Energi
378
2 3
2 1
2 3
2 t
m P 
 
 
 
Dari hasil ini kita peroleh lama balapan adalah
3 2
2 1
2 2
3 
 
 
 
 
 
 
 
x P
m t
5.35
Substitusi t ke dalam persamaan untuk v maka diperoleh
3 1
3 
 
 
 
m xP
v
3 1
3 
 
 
 
mg xgP
 
3 1
3 1
3 
 
 
 
W P
xg
3 1
 
 
 
 W
P K
5.36 Yang bentuknya persis sama dengan persamaan empirik Huntington.
                