Rangkuman Fisika Dasar Usaha Dan Energi
Rangkuman Fisika Dasar Usaha Dan Energi
Rangkuman Fisika Dasar Usaha Dan Energi
NIM : 413423046
Kelas : Statistika A
MK : Fisika Dasar
Materi : Usaha & Energi
Kata kerja memiliki berbagai arti dalam bahasa sehari-hari, namun dalam fisika kata
kerja diberi arti yang spesifik untuk mendeskripsikan apa yang dihasilkan gaya ketika gaya
itu bekerja pada suatu benda. Kata ’kerja’ dalam fisika disamakan dengan kata usaha. Kerja
atau Usaha secara spesifik dapat juga didefinisikan sebagai hasil kali besar perpindahan
dengan komponen gaya yang sejajar dengan perpindahan. Jika suatu gaya F menyebabkan
perpindahan sejauh s, maka gaya F melakukan usaha sebesar (W), yaitu
Maka persamaan usaha dapat dirumuskan sebagai berikut :
W = ∑F . s
Keterangan :
W = usaha (joule)
s = perpindahan (m)
jika suatu benda melakukan perpindahan sejajar bidang horisontal, namun gaya yang
diberikan membentuk sudut α terhadap perpindahan, maka besar usaha yang dikerjakan pada
benda adalah :
W = Fy . s
W = F cos α . s
Nilai usaha dapat berupa positif atau negatif tergantung arah gaya terhadap
perpindahannya. Jika gaya yang diberikan pada objek berlawanan arah dengan
perpindahannya, maka usaha yang diberikan bernilai negatif. Jika gaya yang diberikan searah
dengan perpindahan, maka objek tersebut melakukan usaha positif.
Usaha juga dapat bernilai nol (0) atau objek tidak melakukan usaha jika,
B. Energi
Energi merupakan salah satu konsep paling penting dalam ilmu pengetahuan. Energi
tidak dapat didefinisikan secara ringkas saja. Akan tetapi pada materi kali ini karena energi
berhubungan dengan usaha, maka energi dapat didefinisikan sebagai kemampuan untuk
melakukan usaha.
Dimana Berarti, untuk berlari kita memerlukan energi, untuk belajar kita memerlukan
energi, dan secara umum untuk melakukan kegiatan kita memerlukan energi. Apakah mesin-
mesin yang membantu manusia memerlukan energi ? Ya, mesin-mesin tersebut memerlukan
energi untuk melakukan usaha. Energi mesin-mesin ini diperoleh dari bahan bakarnya misal
bensi dan solar. Dimana tanpa bahan bakar ini, mesin tidak akan bisa melakukan usaha.
Dalam ilmu fisika, ada yang dikenal dengan hukum kekekalan energi (Hukum I
Termodinamika) yang menyatakan bahwa Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk
yang lain tetapi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan (konversi energi).
A. Energi Potensial
Dalam mekanika energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena
kedudukan atau keadaan benda tersebut. Contoh energi potensial gravitasi dan energi
potensial elastik. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda yang berada di ketinggian
tertentu dari permukaan tanah. sedangkan energi potensial elastik dimiliki oleh, misalnya
karet ketapel yang direnggangkan. Energi potensial elastik pada karet ketapel ini baru
bermanfaat ketika regangan tersebut dilepaskan sehingga menyebabkan berubahnya energi
potensial elastik menjadi energi kinetik (kerikil didalam ketapel terlontar).
Sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu terhadap suatu bidang acuan
tertentu memiliki energi potensial. Energi ini, sesuai dengan penyebanya, disebut energi
potensial gravitasi. Artinya, energi ini potensial untuk melakukan usaha dengan cara
mengubah ketinggiannya. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan,
semakin besar energi potensial gravitsi yang dimilikinya.
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)
M .m
Ep = −G
r
M = massa bumi
m = massa benda
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
Ket :
Untuk lebih memahaminya, mari kita perhatikan sebuah buku yang berada di atas
sebuah meja, maka dapat dikatakan bahwa buku tersebut mempunyai energi potensial
gravitasi terhadap lantai. Jika buku tersebut mempunyai energi potensial gravitasi
berarti gaya gravitasi pada bendatersebut mampu melakukan usaha dari tempat semula
ke lantai. Dalam kasus ini, bidang lantai dianggap sebagai bidang acuan.
Ep= 0
Energi potensial pegas adalah energi potensial karena adanya tarikan atau
penekanan pegas atau kemampuan suatu benda yang dihubungkan dengan pegas untuk
berada pada suatu tempat karena panjang pegas berubah sepanjang x.
1
Epegas = Fx
2
karena dalam peristiwa ini tidak terjadi perubahan energi kinetika pegas. Dengan
demikian, sebuah pegas yang memiliki konstanta gaya k dan terentang sejauh x dari
keadaan setimbanganya memiliki energi potensial elastik sebesar EP.
1 2
Epegas = kx
2
B. Energi Kinetik
Dari hukum I Newton, disebutkan bahwa benda memiliki sifat inersia kelembaman.
Besar kecilnya inersia benda ini diukur dalam besaran massa. Jika kita melakukan usaha
pada benda untuk melawan gaya gravitasi, ketinggian benda berubah (energi potensial
gravitasi berubah). Ketika kita melawan gaya gesekan, suhu benda berubah (perubahan
energi panas). Jadi selalu ada yang berubah ketika kita melakukan usaha. Contoh
perubahan lainnya, yaitu usaha menyebabkan kelajuan benda berubah, kita mengatakan
telah terjadi perubahan energi gerak benda. ini disebut sebagai energi kinetik benda. ketika
sebuah benda bergerak, pada dasarnya telah terjadi perubahan keadaan, yaitu dari keadaan
diam ke keadaan bergerak. Dengan demikian, energi kinetik adalah energi yang berkaitan
dengan gerakan suatu benda. dimana setiap benda yang bergerak, dikatakan memiliki
energi kinetik. Meski gerak suatu benda dapat dilihat sebagai suatu sikap relatif, namun
penentuan kerangka acuan dari gerak harus tetap dilakukan untuk menentukan gerak itu
sendiri.Persamaan energi kinetik adalah :
W = ∆ Ek
1 2
Ek = m.v
2
Keterangan :
C. Energi Kinetik
Energi mekanik adalah energi total yang dimiliki benda, sehingga energi mekanik
dapatdinyatakan dalam sebuah persamaan:
Em= Ep+ Ek
Energi mekanik sebagai energi total dari suatu benda bersifat kekal, tidak dapat
dimusnahkan,namun dapat berubah wujud, sehingga berlakulah hukum kekekalan energi
yang dirumuskan:
Teorema usaha-energi apabila dalam sistem hanya berlaku energi kinetik saja dapat
ditentukan sebagai berikut.
W=F.s
W = m a.s
W = ½ m.2as
Karena
2 2 2 2
v 2=v 1+ 2as dan 2as = v 2 – v 1, maka
W = ½ m ( v 22 – v 21)
W = ½ m v 22 – ½ m v 21
W = ∆ Ep
Sekarang kita tinjau total usaha, yaitu usaha yang dilakukan oleh semua gaya yang
bekerja pada benda, dan kita jumlahkan menurut komponen-komponen produk.
b b
W tot =∫ ⃗
F ∙ d ⃗s ¿ ∫ ( F x dx+ F y dy + F z dz )
a a
Diketahui Untuk memudahkan analisa, kita tinjau komponen x saja, karena analisa untuk
komponen lainnya bahwa
dv x dv x dx dv
FX= m ¿m ¿ mvx x
dt dx dt dx
Jadi nilai total usaha bergantung pada suatu kuantitas akhir dan awal, yaitu selisih besar
kuadrat kecepatan akhir dan awal dikali setengah massa. Kuantitas ini kemudian diberi nama
energi, dan karena kuantitas ini bernilai tidak nol ketika kecepatannya tidak nol, maka diberi
1 2
nama energi kinetik E k≡ m v . Jadi total usaha yang bekerja pada suatu benda sama dengan
2
perubahan energi kinetik
W tot = ∆ E k = E k ( f )−E k ( i )
Untuk berbagai kasus dengan beberapa gaya dapat ditentukan resultan gaya sebagai berikut.
Daya didefinisikan sebagai besar usaha persatuan waktu. Jika usaha diberi notasi W.
waktu t dan daya P, maka secara matematis dapat ditulis
W
P=
t
s
P = F. = F. v
t
Satuan W = joule
t = sekon
v= kecepatan
Satuan daya yang lain kilowatt (kw)= 1000 watt Daya kuda (hp, horse power) : 1 hp =
746 watt. Ingat bahwa kwh (kilowatthour atau kilowatt jam) bukan satuan daya tetapi satuan
energi. Kalau kita perhatikan lampu pijar, maka energi listrik yang diberikan kepada lampu
lebih besar dari energi cahaya yang dihasilkan lampu. Perbandingan antara daya keluaran
(output) dengan daya masukan (input) dikali 100%, disebut efisiensi
https://daundy.files.wordpress.com/2016/03/fisika-dasar-2.pdf
https://wayansupardi.files.wordpress.com/2012/09/kerja-dan-energi-9.pdf
https://atophysics.files.wordpress.com/2008/11/materi-12.pdf