Energi dan Usaha

A. Energi

Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi dibedakan menjadi energi listrik, panas, energi potensial, dan energi kinetik.

1. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukannya atau posisinya. Energi potensial dipengaruhi oleh percepatan gravitasi bumi. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ep = m g h

dengan

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi bumi (9,8 m/s² atau 10 m/s²)

h = ketinggian benda (m)

Ep = energi potensial (J)

2. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya. Dengan kata lain, setiap benda yang bergerak memiliki energi kinetik. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.

Ek = 1/2 mv²

dengan

m = massa benda (kg)

v = kecepatan benda (m/s)

Ek = energi kinetik (J)

3. Energi Mekanik

Energi mekanik adalah jumlah energi dalam sebuah sistem mekanik. Energi mekanik dapat dirumuskan sebagai berikut.

EM = Ep + Ek

EM = mgh + 1/2 mv²

dengan

EM = energi mekanik (J)

4. Hukum Kekekalan Energi Mekanik

"Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan". Secara matematis, pernyataan tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.

EM₁ = EM₂

Ep₁ + Ek₁ = Ep₂ + Ek₂

mgh₁ + 1/2 mv₁² = mgh₂ + 1/2 mv₂²

B. Usaha

Usaha adalah energi yang diberikan pada benda sehingga benda bergerak. Secara sistematis, pernyataan tersebut dirumuskan sebagai berikut.

W = Fs

dengan

W = Usaha (J)

F = gaya (N)

s = besar perpindahan benda (m)

Usaha dapat dinyatakan sebagai perubahan energi sehingga usaha juga dirumuskan sebagai berikut.

W = ΔEp = ΔEk

ΔEp = m g (h₂ - h₁)

ΔEk = 1/2 m (v₂² - v₁²)

Soal dan Pembahasan

1. Seekor @njing berlari dengan kecepatan 5 m/s. Kemudian sebuah gaya luar mempengaruhinya sehingga kecepatan menjadi 15 m/s. Jika massa @njing 10 kg dan jarak yang ditempuh 200 m, tentukan:

a. Usaha yang dilakukan gaya terhadap @njing

b. Besarnya gaya luar yang mempengaruhi @njing

Diketahui

v₁ = 5 m/s

v₂ = 15 m/s

m = 10 kg

s = 200 m

Ditanya

a. W

b. F

Penyelesaian

a. Usaha

W = ΔEk = 1/2 m (v₂² - v₁²)

W = 1/2 (10) (15² - 5²)

W = 5 (225 - 25)

W = 5 (200)

W = 1.000 Joule

W = 1 kJ

b. Gaya

W = ΔEk

F s = ΔEk

F (200) = 1.000

F = 1.000/200

F = 5 N

Kesimpulan

Jadi, usaha yang dilakukan gaya terhadap @njing adalah 1 kJ dan gaya luar yang mempengaruhi @njing adalah 5 N.

3. Sebuah benda dilemparkan tegak lurus ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s. Berat benda tersebut adalah 10 N. Tentukan:

a. Energi potensial benda pada kedudukan tertinggi

b. Energi mekanik awal benda

Diketahui

v₁ = 20 m/s

mg = 10 N

h₁ = 0 (posisi awal benda di tanah)

Ditanya

a. Ep pada posisi tertinggi

b. EM awal

Penyelesaian

a. Energi potensial pada titik tertinggi

Ep pada titik tertinggi terjadi ketika v = 0, sehingga Ek₂ = 0

Jika mg = 10 N, maka m = 10/g = 10/10 = 1 kg

Hukum kekekalan energi

EM benda di tanah = EM benda di kedudukan tertinggi

mgh₁ + 1/2 mv₁² = mgh₂ + 1/2 mv₂²

0 + 1/2 (1) (20)² = Ep + 0

Ep = 200 Joule

b. EM awal

EM awal, h₁ = 0, maka

EM awal = mgh₁ + 1/2 mv₁²

EM awal = 0 + 1/2 (1) (20)²

EM awal = 200 Joule.

Kesimpulan

Jadi, energi potensial pada kedudukan tertinggi adalah 200 Joule dan Energi mekanik awal adalah 200 Joule.

Pelajari lebih lanjut

1. Menentukan perbandingan energi kinetik dan energi potensial: yomemimo.com/tugas/21575064

2. Penjelasan dengan teori fisika bahwa semakin tinggi benda jatuh semakin besar kemungkinan kerusakannya: yomemimo.com/tugas/21886315

Detail jawaban

Kelas: 10

Mapel: Fisika

Bab: Usaha dan Energi

Kode: 10.6.8

Kata kunci: kecepatan, energi, potensial, mekanik, kinetik, ketinggian