Memahami konsep usaha dan daya

Usaha, Energi dan Daya

usaha

USAHA

Usaha oleh suatu gaya sama dengan hasil kali antara gaya dengan perpindahan yang searah dengan gaya tersebut.

                      W = F x s

Keterangan :

W = Usaha ( Newton meter (Nm) = Joule( j ))

F  = gaya (Newton(N))

S  = jarak (meter (m))

           

* Gaya tidak melakukan usaha jika :

1.      benda tidak berpindah (s  = 0 )

2.      benda bergerak menempuh suatu luasan tertutup, yaitu berawal dan berakhir pada satu titik  yang sama ( s = 0 )

3.      gaya tegak lurus dengan perpindahan.

Besar usaha yang dilakukan dalam apa saja adalah sama dengan energi yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya.

Usaha positif, jika usaha yang dilakukan searah dengan perpindahan.

Usaha negatif, jika usaha yang dilakukan berlawanan arah dengan perpindahan.

Usaha oleh sekelompok gaya yang bekerja pada suatu benda  adalah sama dengan jumlah aljabar dari tiap-tiap gaya tersebut.

ENERGI

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi diukur dalam satuan joule. Berbagai bentuk energi : E. Kimia, E Mekanik, E Listrik, E Bunyi, E Kalor, E Cahaya, E Nuklir, dll.

Energi Kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik tergantung pada massa dan kelajuan benda.

Keterangan :

EK  = Energi Kinetik (Joule( j )

m = massa benda ( kg )

v = kecepatan benda (m/s)

Energi Potensial adalah energi yang dimiliki suatu benda karena posisinya. Misal energi potensial gravitasi, energi kimia, energi listrik, energi nuklir. Secara umum energi potensial dirumuskan sbb :

                          EP = m x g x h

Keterangan :

EP = Energi Potensial (Joule ( j )

m = massa benda ( kg )

g = gaya gravitasi (m/s)

h = ketinggian ( m )

Hukum kekekalan energi = “ energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya.

Sumber Energi dibagi 2 :

1. Sumber yang dapat diperbaharui

Misal : air, listrik, gelombang laut, panas bumi

1. Sumber yang tak dapat diperbaharui

Misal : minyak, gas, batubara

Konventer energi adalah perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya dari energi kinetik menjadi energi kalor. Energi listrik menjadi energi kalor ( setrika ), energi listrik menjadi energi gerak dll.

Energi biomassa adalah energi yang berasal dari tumbuh-tumbuhan dan binatang khususnya tumbuh-tumbuhan yang mudah tumbuh ( misal tebu, padi dll sumber makanan kita )

Efek rumah kaca adalah efek penyerapan pancaran panas dari permukaan bumi menuju ke atmosfir oleh gas rumah kaca ( misalnya karbon dioksida ).

Hujan asam adalah hujan yang mengandung asam (misal asam sulfurdioksida )

DAYA

Daya dapat didefinisikan sbb : usaha yang dilakukan gaya dalam satuan waktu, atau laju melakukan usaha, atau laju perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Keterangan :

P  = Daya (Joule/ detik ( j/s ) = watt )

W = Usaha ( Joule )

t  = waktu ( detik (dt) = second (s))

1 Newton meter = 1 joule

1 joule/second = 1 watt

1 hp = 750 watt

PESAWAT SEDERHANA

Setiap alat yang mempermudah kita melakukan usaha disebut dengan pesawat. Pesawat berfungsi mempermudah kita melakukan usaha tetapi tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan.

Pesawat paling sederhana disebut dengan pesawat sederhana misal : tuas, katrol, bidang miring dan roda gigi.

Keuntungan mekanik sebuah pesawat sederhana didefinisikan sebagai perbandingan antara kuasa yang dilakukan dengan beban yang ditanggung.

TUAS

Pada tuas berlaku hukum kekekalan usaha adalah sbb :

Usaha masukan = usaha keluaran

          W_F = W_w  atau F x lk = W x lb

Keterangan :

W_F = usaha masukan atau usaha yang dilakukan gaya (Joule ( J ) atau Newton Meter (Nm))

W_w = Usaha keluaran atau usaha akibat beban (Joule ( j ) atau Newton meter (Nm))

l_k = lengan kuasa (meter (m))

l_b = lengan beban (meter (m))

w = berat beban (Newton (N))

F = gaya (Newton(N)

Keuntungan mekanik pada tuas adalah :

            Keuntungan mekanik = W/F atau Keuntungan mekanik = lk/lb

Ada 3 macam tuas :

1.      tuas kelas pertama ( w – T – F )

2.      tuas kelas kedua ( T – w – F )

3.      tuas kelas ketiga ( T – F – w )

T = titik tumpu, w  = beban , dan F = gaya

KATROL

Katrol adalah pesawat sederhana yang digunakan untuk menaikkan beban berat.

Katrol tetap tidak memperbesar gaya tetapi hanya merubah arah gaya sehingga searah dengan gaya berat. Sedangkan katrol bergerak tidak merubah arah gaya melainkan mengkalikan gaya. Keuntungan mekanis katrol tetap adalah 1, sedangkan katrol bergerak adalah 2.

BIDANG MIRING

Bidang miring merupakan permukaan sederhana berupa permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga dan berfungsi sebagai pengali gaya.

Keuntungan mekanis (n) bidang miring :

              n = s/h

s = sisi miring bidang miring

h = sis tegak bidang miring

Bidang miring yang bergerak adalah baji, sekrup.

 Contoh baji adalah pisau, kampak.

1.      Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton. Berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut.

2.      Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

3.      Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha ?

4.      Berapa besar usaha jika sebuah  elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?

   

5.      Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s²)

6.      Gaya besarnya 300 newton dapat menggerakkan benda dengan daya 1 HP. Berapa besarnya kecepatan benda.

  

7.      Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 10 kg ?

  

8.      Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?

9.      Benda yang massanya 2 kg (g = 10 m/s²) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda ?

10.  Sebuah benda dengan massa 2 kg berada pada ketinggian 200 m dari permukaan tanah. Jika grafitasi setempat 10 m/s² maka hitunglah Energi potensial yang dimiliki oleh benda tersebut ?

11.  Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda berpindah horizontal sejauh 10 m selama 6 detik. Berapa besarnya daya untuk memindahkan barang tersebut ?