USAHA, ENERGI, DAN HUKUM KEKEKALAN ENERGI
Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas pada mata kuliah “IPA 3”
Ilma Pangestu Suryani (210615174)
Mirta Sari (210615168)
Rizky Chandra Zefta (210615175)
Zainul Fuadi (210615143)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MADRASAH IBTIDAIYAH
JURUSAN TARBIYAH
INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN)
PONOROGO
BAB I
PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering
melihat berbagai peristiwa yang berhubungan dengan usaha dan energi. Berbagai
peristiwa berikut kemudian akan memberi pertanyaan-pertannyaan besar yang
mendasari pemikiran, mengapa hal itu dapat terjadi dan apa yang terjadi pada
benda-benda tersebut setelah bertanya0-tanya maka selanjutnya berhipotesis dan
membentuk logika awal. Logika awal ini sangat penting untuk melandasi kerangka
berfikir. Maka selanjutnya untuk meyakinkan hipotesa awal akan dicari teori
atau rumus dari pertanyaan-pertanyaan tersebut.
Dalam pembahasan makalah ini penyusun
akan lebih menekankan kepada pemahaman teori, konsep, definisi, dan rumus dari
materi usaha, energi, dan hukum kekekalan energi mekanik. Dengan menekankan
pada pemahaman rumus diharapkan pembaca dapat mengaplikasikan dalam kehidupan
nyata, memahami fenomena-fenomena fisika, dan dapat mengerjakan tugas-tugas
ujian dengan lancar.
Dengan upaca pemahaman teori-teori semoga
dapat memberikan pemahaman serta kerangka berfikir yang logis bagi penyusun dan
pembaca dalam memahami berbagai fenomena di jagad raya ini.
B.
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka rumusan masalah
yang akan dibahas dalam makalah ini adalah :
1.
Bagaimana
pengertian usaha di dalam fisika ?
2.
Bagaimana
pengertian energi di dalam fisika ?
3.
Bagaimana
maksud dari hukum kekekalan energi ?
C.
Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah di atas maka tujuan dari pembahasan
makalah ini adalah :
1.
Mengetahui dan
memahami pengertian usaha di dalam fisika.
2.
Mengetahui dan
memahami pengertian energi di dalam fisika.
3.
Mengetahui dan
memahami hukum kekekalan energi.
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Pengertian Usaha
di Dalam Fisika
Dalam fisika, usaha diartikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu
benda sehingga benda itu mengalami perpindahan. Secara metematis, usaha
didefinisikan sebagai hasil kali komponen gaya searah perpindahan dengan besar
perpindahan.[1]
Apakah usaha baru
dapat berlangsung bila
benda berpindah? Bagaimana
apabila benda yang diberikan gaya
ternyata tidak bergerak atau berpindah? Apakah telah terjadi usaha?
Gambar 1.1
Pada gambar 1.1 tersebut memberikan gaya melalui suatu dorongan
kepada meja sehingga bergerak (berpindah). Adanya gaya
yang bekerja pada meja yang menyebabkan berpindah tempat
menunjukkan adanya usaha
yang telah dilakukan oleh orang
tersebut
.
Gambar 1.2
Pada gambar 1.2 seorang atlet mengangkat barbel dalam suatu
olimpiade angkat besi. Atlet tersebut
mengangkat barbel yang mula-mula
terletak di lantai hingga berada di atas
kepalanya. Gaya yang diberikan oleh atlet tersebut pada barbel menyebabkan
barbel dapat berpindah (berubah ketinggiannya). Adanya gaya yang diberikan
oleh atlet kepada barbel sehingga barbel
dapat berpindah menunjukkan adanya usaha
yang diberikan oleh atlet tersebut kepada barbel.
Gambar 1.3
Pada gambar 1.3 seorang tahanan sedang mendorong dinding sel
tempatnya dipenjara. Tahanan tersebut
mengerjakan sejumlah gaya kepada dinding, namun dinding sel tersebut tidak
bergerak atau berpindah. Adanya gaya
yang diberikan oleh tahanan
tersebut kepada dinding
sel tetapi dinding
sel tidak berpindah menunjukkan bahwa tahanan tidak
melakukan usaha atau tidak terjadi usaha.
Berdasarkan uraian di
atas, dapat kita
simpulkan bahwa ada
dua syarat terjadinya
suatu usaha, yaitu:
1. adanya gaya yang bekerja
pada suatu benda;
2. adanya perpindahan yang
dialami oleh benda tersebut.
Dengan
demikian usaha didefinisikan sebagai sejumlah gayayang bekerja pada suatu benda
sehingga menyebabkan benda berpindah sepanjang garis lurus dan searah dengan
arah gaya.
a)
Besar Usaha
Secara matematis, usaha yang dilakukan pada suatu benda dinyatakan
sebagai berikut:
W = F. s
dengan:
W= usaha yang dilakukan pada suatu benda ...joule
F = gaya yang bekerja pada suatu benda ...N
s = perpindahan yang dialami benda tersebut
...m
Pada
kasus tersebut, gaya yang bekerja pada suatu benda searah dengan perpindahan benda. Bagaimanajika gaya yang
bekerja pada benda tidak searah dengan
arah perpindahannya (membentuk
sudut tertentu)?
Bila gaya yang bekerja pada
suatu benda tidaksearah dengan arah
perpindahan benda, maka
usaha yang dilakukan
akan menjadi lebih
kecil. Usaha yang dilakukan pada suatu benda apabila gaya yang bekerja
pada benda itu tidak searah dengan arah
perpindahannya secara matematis dinyatakan sebagai berikut:
Dengan
Ketentuan:
= kecondongan F terhadapbarah perpindahan,
satuannya derajat.
s = perpindahan, satuannya meter.
Besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya F sama dengan hasil
kali komponen gaya pada arah perpindahan dengan perpindahannya.[2]
Contoh
Soal:
1. Berapakah usaha yang
dilakukan oleh seseorang yang mencoba menarik sebuah balok dengan gaya sebesar
50 N sehingga balok tersebut berpindah sejauh 8 meter ?
2. Seseorang menarik sebuah
vacuum cleaner dengan
gaya 50 N
dan gaya tersebut
membentuk sudut 30° dengan
arah perpindahannya. Perpindahan
yang dialami oleh
vacuum cleaner itu adalah 8 meter. Berapakah besar usaha
yang dilakukan oleh orang itu ? (abaikan kehadiran gaya gesekan!)
3. Sebuah mobil bergerak
dengan kecepatan 10
m/s. Sepuluh detik
kemudian kecepatan mobil
itu menjadi tiga kali semula. Jika massa mobil itu 1.000 kg, hitunglah
usaha yang telah dilakukan oleh mesin mobil itu ?
b) Satuan Usaha
Berdasarkan rumus W = F cos θ . s jika menurut sistem
internasional suatu gaya (F) dalam
newton dan perpindahan (s) dalam meter maka satuan usaha adalah mewton x meter,
yang sering disebut joule.
1 joule = 1 newton x 1 meter atau J = Nm
Jadi, satu joule adalah besarnya usaha yang dilakukan oleh gaya
sebesar 1 newton untuk memindahkan benda sejauh 1 meter.
Contoh soal
Sebuah mobil-mobilan massanya 2 kg ditarik oleh gaya 8 N yang
membentuk sudut 60ͦ terhadap horizontal. Apabila mobil-mobilan berpindah sejauh
6 m, berapakah usaha yang dilakukan oleh gaya tarik tersebut ?
Jawab
:
Diketahui
: m = 2 kg
F = 8 N
θ =
60ͦ
Ditanyakan
: W ?
Penyelesaian
: W = F cosθ . s
= 8. 0,5 . 6
= 8 cos 60 . 6
= 24 joule
B.
Pengertian
Energi di Dalam Fisika
Dalam kehidupan sehari-hari semua aktivitas yang kita lakukanselalu
memerlukan energi. Jika anda bekerja tanpa henti lama-lama anda akan kehabisan
energi, maka anda butuh istirahat dan makan untuk memulihkan energi. Untuk
meringankan pekerjaan anda, anda butuh tambahan energi lain, misalnya anda
sedang mengangkat beban yang berat, maka anda butuh alat pengangkut beban, misalnya
mobil. Dan mobil dapat mengangkut dan melaju dijalan raya juga butuh energi
berbentuk bahan bakar yang mengandung energi kimia. Jadi dapat dikatakan bahwa
energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Dan energi secara umum justru
bermanfaat ketika terjadi perubahan bentuk. Dalam pengamatan sehari-hari energi
muncul dalam berbagai bentuk, misalnya: energi kimia, energi listrik, energi
nuklir, dan sebagainya.
Beberapa contoh energi yang banyak digunakan dalamkehidupan
sehari-hari diantaranya: (a) energi cahaya, cahaya dapat mengahasilkan energi
listrik, alat yang dapat mengubah langsung energi cahaya matahari menjadi
energi listrik disebut sel fotovolatik; (b) energi gelombang, gerak gelombang
air laut yang melimpah dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dalam
bentuk pembangkit listrik tenaga gelombang laut (PLTGL); (c) energi angin,
sebuah kincir angin besar yang ditiup angin dengan kecepatan 12 m/s mampu
menghasilkan energi listrik 3 MW; (d) energi air, digunakan untuk menghasilkan
listrik dalam pembangkit listrik tenaga air (PLTA); (e) energi panas bumi,
digunakan untuk menghasilkan listrik pada pusat listrik tenaga panas bumi
(PLTP); (f) energi listrik, energi yang paling mudah dan paling banyak
digunakan dalam kehidupan manusia; (g) energi nuklir, sumber energi yang
menggunakan reaksi fisi dan fusi inti atom uranium sebagai sumber energi
listrik, yang dikerjakan oleh pusat listrik tenaga nuklir (PLTN).
a)
Konsep Energi
Kinetik
Setiap benda yang
bergerak memiliki energi.
Sejumlah kendaraan yang bergerak dengan laju tertentu di jalan raya
juga memiliki energi kinetik. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk
melakukan usaha, karenanya
dapat dikatakan memiliki
energi. Energi benda yang bergerak
disebut energi kinetik.
Kata kinetik berasal
dari bahasa yunani, kinetikos, yang
artinya “gerak”. Ketika
benda bergerak, benda
memiliki kecepatan. Dengan demikian, kita
dapat menyimpulkan bahwa
energi kinetik merupakan
energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau
kecepatannya.
Agar benda dipercepat
beraturan sampai bergerak
dengan laju v
maka pada benda
tersebut harus diberikan gaya total yang konstan dan searah dengan arah
gerak benda sejauh s. Untuk itu dilakukan usaha atau kerja pada benda tersebut
sebesar W = F. S , dengan F = m.a
Karena benda memiliki
laju awal vo,
laju akhir vt
dan bergerak sejauh
s, maka untuk menghitung nilai percepatan a, kita
menggunakan persamaan 
Kita
subtitusikan nilai percepatan a ke dalam persamaan gaya F = m.a,
untuk menentukan besar usaha :
Persamaan ini menjelaskan usaha total yang dikerjakan pada benda.
b)
Konsep Energi
Potensial
Energi
potensial benda adalah energi yang dimiliki oleh bendatersebut karena kedudukan
atau posisi benda tersebut, Jadi energi initersimpan dalam benda tersebut dan dapat
dimanfaatkan jikadiperlukan.
Sebuah pegas
jika ditekan, kemudian dilepas maka pegas dapatmelempar kembali benda yang
menekannya, karena pegas punya energipotensial. Energi kimia yang terdapat pada
bahan bakar termasuk energipotensial, karena jika dimanfaatkan bahan bakar
dapat menggerakkankendaraan, sehingga kendaraan punya energi kinetic, dan masih
banyakcontoh-contoh lain.
1.
Energi
Potensial Gravitasi
Jika ditangan anda menggenggam sebuah batu bermassa m,pada
ketinggian h dari tanah atau bidang horisontal, kemudian batu tersebut anda
lepas secara bebas (tanpa kecepatan awal), maka bendatersebut akan jatuh dan
membentur tanah, benda tersebut melakukanusaha terhadap tanah. Energi potensial
yang disebabkan oleh gayagravitasi bumi disebut energi potensial gravitasi.
Tinjau benda bermassa m pada posisi h dari atas bidang
acuan(misalnya tanah). Untuk mengangkat benda tersebut dari tanah
hinggamencapai ketinggian h dibutuhkan usaha, sebesar gaya (gaya gravitasi= mg)
dikalikan jarak tempuh (s= ketinggian = h), sehingga:
Energi
potensial gravitasi suatu benda bermassa m terhadap suatu bidang acuan sebagai
hasil kali berat benda tersebut dengan ketinggiannya dari bidang acuan, atau
secara matematis:
Energi
potensial suatu benda selalu diukur terhadap bidang acuan atautitik acuan
tertentu. Dan energi potensial pada posisi ini biasanya ditentukan sama dengan
nol.
Jika titik acuan berbeda , maka energi potensial suatu titik
jugaberbeda, tetapi perubahan energi potensial antara kedua titik tertentu
adalah tetap besarnya. Jika benda berpindah dari titik (1) ke titik (2) yang
masing-masing ketinggiannya terhadap bidang acuan yang sama (tergantung
pemilihannya = ditentukan) adalah h1 dan h2, maka perubahan energi potensialnya EP tetap sama.
Soal :
1.
Tinjau sebuah
benda dengan massa 1400 kg bergerak dari titik A ketitik B dan kemudian ke
titik C (lihat gambar). Tentukan: (a) berapa energi potensial di B dan di C
terhadap titik acuan di A, (b) berapaperubahan energi potensial ketika mobil
bergerak dari B ke C, (c) untuk soal a dan b dengan titik acuan (h=0) dititik
C.
2.
Sebuah peluru
meriam dengan massa 70 kg ditembakan dari sebuahlaras meriam sehingga mencapai
ketinggian 500 m. Tentukan: (a)berapa energi potensial peluru terhadap tanah
pada ketinggiantersebut, (b) berapa perubahan energi potensial ketika peluru
beradapada ketinggian 250 m.
C.
Hukum Kekekalan
Energi Mekanik
Tinjau sebuah
benda bermassa mberkedudukan awal (1) denganketinggian h1 dan berkedudukan
akhir(2) dengan ketinggian h2 terhadapbidang acuan.
Gaya berat
benda w = mg melakukan usaha dari posisi (1) ke posisi (2)yang sebanding dengan
perubahan energi potensial gravitasi dari posisi(1) ke posisi (2):
Jika benda pada
posisi (1) mempunyai kelajuan v1 dan pada posisi (2)mempunyai kelajuan v2, maka
usaha yang dilakukan oleh gaya berat benda bermassa m tersebut sebanding dengan
perubahan energi kinetik dari posisi (1) ke poisisi (2):
BAB III
PENUTUP
A.
Kesimpulan
Berdasarkan pembasan pada makalah ini maka dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. Usaha diartikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu benda sehingga
benda itu mengalami perpindahan. Secara metematis, usaha didefinisikan sebagai
hasil kali komponen gaya searah perpindahan dengan besar perpindahan,
dirumuskan sebagai berikut:
W = F. s
Keterangan:
W = usaha yang dilakukan pada suatu benda (joule)
F =
gaya yang bekerja pada suatu benda(N)
s = perpindahan yang dialami benda tersebut(m)
2. Energi terbagi menjadi dua, yaitu energi
kinetik dan energi potensial.
a.
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau
kecepatannya, dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
EK = energi kinetik (joule)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
b.
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukan
atau posisinya, dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
EP = energi potensian (joule)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi 
h = kedudukan benda (m)
3. Sebagai sebuah konsep
fundamental dalam fisika, hukum kekekakalan energi memberikan penjelasan
bagaimana energi adalah kekal dan dikonversi dalam sebuah sistem. Umumnya,
salah satu bentuk energi dapat dikonveksi menjadi bentuk lain energi. Sebagai
contoh, energi potensial dapat di ubah menjadi energi kinetik.
B.
Saran
Dalam menyusun
makalah ini, kami menyadari masih ada kekurangan baik materi maupun penulisan.
Jadi kami menyarankan agar pembaca makalah ini membaca referensi dari buku-buku
lain untuk melengkapi atau menambah pengetahuan di bidang fisika khususnya
usaha, energi, dan hukum kekekalan energi mekanik. Saran dari semua pihak akan
kami kumpulkan untuk memberi semangat dan acuan dalam penulisan makalah kami
yang selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Sudarmanto, dkk. 2014. Buku Pintar Belajar Fisika, Sagufindo Kinarya.
Risdiana Chasanah, dkk. 2013. Detik-detik Ujian Nasional Fisika,
Klaten; Intan Pariwara.
Comments
Post a Comment