Pengertian Usaha. Dalam ilmu fisika Usaha umumnya didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan perpindahan benda. Satuan usaha dalam SI adalah Joule (J). Usaha secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut W = F s W = usaha (satuan Joule, J) F = gaya (satuan Newton, N) s = perpindahan (satuan meter, m) Persamaan tersebut menyatakan Usaha sebesar satu Joule dihasilkan atau dikeluarkan oleh gaya sebesar satu Newton untuk memindahkan benda sejauh satu meter. Rumus Efisiensi Pakai Daya Energi Usaha Konsep efisiensi adalah suatu perbandingan antara energi atau daya yang dihasilkan dibandingkan dengan usaha atau daya masukan. Efisiensi dirumuskan sebagai berikut. η = (Wo/Wi) x100% atau η = (Po/Pi) x 100% η = efisiensi (%) Wo = usaha yang dihasilkan (joule) Wi = usaha yang dimasukkan atau diperlukan (joule) Po = daya yang dihasilkan (watt) Pi = daya yang dimasukkan atau dibutuhkan (watt) Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Usaha. Berapakah besarnya usaha yang harus dikeluarkan untuk memindahkan lemari sejauh lima meter dari tempat semula, jika berat lemari adalah 1000 Newton.. Pembahasan: Diketahui: F = 1000 N s = 5 meter Ditanya Usaha W =… Jawab W = F x s W = 1000 N x 5 m W = 5000 Nm W = 5 kJ Jadi usaha yang diperlukan untuk memindahkan lemari seberat 1000 Newton sejauh lima meter adalah lima kilo joule. Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel Pengertian Energi Pengertian Energi. Dalam ilmu fisika Energi dapat didefinisika sebagai kemampuan untuk melakukan suatu usaha atau kerja. Energi kehidupan biasa lebih umum disebut sebagai tenaga. Energi merupakan besaran turunan dengan satuan Joule (J) sama dengan satuan usaha. Energi merupakan sesuatu yang tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Terdapat suatu hukum yang menguatkan pernyataan di atas dan dikenal dengan Hukum Kekekalan Energi. Adapun Bunyi pernyataan dari hukum kekekalan energi adalah: “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain”. Jenis Bentuk Energi Adapun Bentuk atau jenis – jenis energi adalah energi mekanik, energi kimia, energi panas atau kalor, energi listrik, dan energi cahaya. Energi Mekanik Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk melakukan Gerakan. Energi mekanik dapar diformuasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut Em = Ek + Ep Dengan keterangan: Em = energi mekanik Ek = energi kinetik Ep = energi potensial Jadi energi mekanik merupakan total energi yang dimiliki oleh benda yang merupakan penjumlahan dari energi kinetic dan potensial. Energi ini menunjukkan benda yang bergerak dengan memiliki jarak tertentu dari permukaan acuan. Sebuah pesawat terbang yang sedang terbang maka pesawat tersebut mempunyai dua energi sekaligus, yaitu energi kinetik dan energi potensial. Energi Kinetik Energi kinetik merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya atau Kelajuannya. Jadi Energi kinetik dimiliki oleh benda yang sedang bergerak. Besar energi kinetik sebanding dengan massa benda dan sebanding dengan kuadrat kelajuan atau kecepatannya. Energi kinetic secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut: Ek = ½ mv2 Dengan keterangan: Ek = energi kinetik (satuan Joule, J) m = massa benda (satuan kg) v = kecepatan gerak benda (satuan m/s) Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Energi Kinetik Sebuah sepeda motor dengan massa 100 kg bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Hitunglah Berapakah energi kinetik yang dimiliki oleh sepeda motor tersebut. Penyelesaian: Diketahui : m = 100 kg v = 36 km/jam atau v = 10 m/s Ditanya Energi kinetic Ek = … Jawab : Ek = 1⁄2 . m . v2 Ek = 1⁄2 . 100 kg . 102 (m/s)2 Ek = 5.000 joule atau Ek = 5 kJ Jadi energi kinetic yang dimiliki oleh sepeda motor yang sedang melaju dengan kecepatan 10 m/detik adalah 5 kilo joule. Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel Energi Potensial Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisi atau kedudukannya. Energi potensial dimiliki oleh benda yang diam pada jarak tertentu dari suatu permukaan acuan (tanah/ bumi). Energi potensial secara matematis dapat diformulasikan dengan rumus sebagai berikut Ep = m g h Ep = mgh Dengan Keterangan: Ep = energi potensial (satuan Joule, J) m = massa benda (satuan kg) g = percepatan gravitasi (satuan m/s2) h = ketinggian benda dari acuan (satuan meter, m) Contoh Soal Perhitungan Rumus Energi Potensial Buah pepaya yang memiliki massa 500 gram tergantung pada pohonnya pada ketinggian 5 meter di atas tanah. Jika percepatan gravitasi di tempat itu adalah10 m/s2. Hitunglah berapa energi potensial yang dimiliki oleh pepaya tersebut? Penyelesaian : Diketahui : m = 500 gram = 0,5 kg h = 5 m g = 10 m/s2 Ditanyakan energi potensial Ep = …? Jawab : Ep = m . g . h Ep = 0,5 m x 10 m/s2 x 5 m = 25 joule Jadi energi potensial yang tersimpan dalam buah papaya pada ketinggian lima meter dari tanah adalah 25 joule. Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel Pengertian Daya Daya didefinisikan sebagai laju atau kecepatan dalam suatu usaha. Daya merupakan usaha persatuan waktu. Daya dapat diformulasikan secara matematis dengan rumus sebagai berikut P = W/t Dengan keterangan P = daya (satuan watt, W) W = usaha (satuan Joule, J) t = selang waktu (satuan detik, s) Contoh Soal Perhitungan Rumus Daya Sebuah alat pendingin AC rumah dengan daya 1 pk digunakan selama satu jam. Berapakah usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC tersebut. Pembahasan : Diketahui : P = 1 pk = 746 watt t = 1 jam = 3600 detik Ditanya usaha W =… Jawab : P = W/t atau W = P . t = 746 x 3600 W = 2.685.600 joule atau 2.685,6 kJ Jadi usaha yang telah dilakukan oleh pendingin AC selama satu jam adalah: 2.685,6 kJ atau dibulatkan menjadi 2,7 MegaJ. Contoh Contoh Soal Lainnya Beserta Jawaban Ada Di Akhir Artikel Energi Kimia Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Energi kimia terdapat pada bahan makanan yang biasa dikonsumsi manusia, seperti nasi, ikan, telur, dan susu. Selain itu energi kimia juga terdapat dalam bahan bakar, seperti kayu arang, batubara, minyak, dan gas alam. Energi Panas Energi panas yang lebih dikenal dengan sebutan kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partakel partikel dalam suatu zat. Sumber energi panas yang sangat besar berasal dari Matahari. Energi Listrik Energi listrik adalah energi yang disebabkan oleh adanya arus listrik yaitu muatan listrik yang mengalir. Energi listrik dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi yang lain seperti energi gerak, energi cahaya, energi panas, atau energi bunyi. Energi listrik sangat dekat dengan kehidupan manusia karena sangat dibutuhkan untuk mempermudah segala aktivitas kehidupan. Penggunaan energi listrik di antaranya untuk penerangan di malam hari dan mengoperasikan alat- alat elektronik dan alat komunikasi. Energi Cahaya Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnet. Energi cahaya alami dan terbesar adalah energi cahaya yang berasal dari matahari. Perubahan Bentuk Energi Energi dapat berubah dari satu bentuk energi menjadi energi yang lainnya. Berikut beberapa Conoh Perubahan energi di antaranya adalah:
1).Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar, Sebuah benda bermassa m = 4 kg ditarik dengan gaya 60 N yang membentuk sudut 600 terhadap permukaan bidang datar (lihat gambar). Hitung Usaha yang dilakukan gaya tersebut untuk memindahkan benda sejauh 10 m adalah … Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Benda Bergerak Bidang Datar,Penyelesaian Menghitung Usaha Pada Gaya Miring Benda Bergerak W = F.s W= 60 cos (60°). 10 W = (60) (1/2) (10) W = 300 joule 2). Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda Bergerak Sebuah benda dengan massa 40 kg ditarik sejauh 50 m sepanjang lantai horizontal dengan gaya tetap 200 N dan membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar. Jika gaya gesek terhadap lantai 50 N, maka tentukan usaha yang dilakukan oleh masing-masing gaya! Contoh Soal Rumus Perhitungan Gaya Gesek Benda BergerakDiketahui: F = 200 N a1 = 60o Fg = 50 N s = 50 m Ditanya: W = … ? Jawab: Menghitung Usaha Gaya Pada Benda Bergerak Usaha yang dilakukan oleh Gaya F adalah: W1 = F1.s.cos a1 W1= 200 x 50 x cos 60o W1 = 10.000 x (0,5) W1= 5.000J Mnghitung Usaha Dari Gaya Gesek Benda Usaha yang dilakukan oleh gaya gesek Fg adalah: W2 = Fg. s. cos a2 W2 = 50 x 50 x cos 180o W2 = 2500 x (-1) W2 = -2500 J Wt = W1 + W2 Wt = 5000 J – 2.500 J = 2.500 J Soal ini dapat juga diselesaikan dengan cara seperti berikut ∑Fx = F.cos a1 – Fg ∑Fx = 200 . cos 60o – 50 N ∑Fx = 200 x (1/2) – 50 N ∑Fx = 100 N – 50 N ∑Fx = 50 N W = ∑Fx . s W = 50 N x 50 m = 2500 J 3). Contoh Soal Perhitungan Usaha Sepeda Motor Saat Rem Massa pengerndara dan sepeda motor sebesar 200 kg meluncur dengan kelajuan 50 m/s dan kemudian motor direm melambat hingga berhenti setelah 10 detik. Hitung usaha yang dilakukan selama pengereman berlangsung. Diketahui: m = 200 kg vo = 50 m/s t = 10 detik vt = 0 Menghitung perlambatan kecepatan (percepatan tanda negative) dapat dihitung dengan rumus berikut: vt = vo + a.t 0 = 50 m/s + a (10 s) a = – 5 m/s2 Menghitung Jarak Pengereman Sepeda Motor s = v0 t + ½ a t2 s = (50) (10) + ½ (-5) (10)2 s = 500 – 250 s = 250 m Menghitung Usaha Selama Motor Ngerem W = F.s W = m.a.s W = 200 x (-5) x 250 W = -250.000J W = -250 kJ Jadi besarnya usaha yang dilakukan selama pengereman adalah –250 kJ. 4). Contoh Soal Perhitungan Usaha Gaya Angkat Benda Ke Atas Sebuah balok dengan massa 40 kg di atas lantai diangkat sampai di atas meja dengan ketinggian 5 m. Jika g = 10 m/s2, maka hitung besarnya usaha yang dilakukan pada balok tersebut! Diketahui : m = 40 kg g = 10 m/s2 s = 5 m Ditanyakan: W = Usaha Jawab : Menghtiung Usaha Ngakat Benda Ke Atas Meja Usaha yang dibutuh untuk angkat benda ke atas dapat dinyatakan dengan rumus berikut F = w = m · g W = F · s W = m · g · s W= 40 · 10· 5 W = 2.000 J W = 2 kJ Jadi, besarnya usaha yang dilakukan adalah 2 kJ. 5). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Sebuah benda yang bermassa 4 kg berada di permukaan tanah. Kemudian, benda tersebut dipindahkan ke atas meja yang memiliki ketinggian 1,0 m dari tanah. Berapakah perubahan energi potensial benda tersebut? (g = 10 m/s2). Jawab Diketahui: m = 4 kg, h2 = 1,0 m, dan g = 10 m/s2. Menghitung Perubahan Energi Potensial Benda Ke Atas: ΔEp = m.g (h2 – h1) ΔEp = (4 kg) (10 m/s2) (1,0 m – 0 m) ΔEp = 40 kg.m/s2 x 1,0 m ΔEp = 40 joule Jadi, perubahan energi potensialnya 25 joule. 6). Contoh Soal Perhitungan Energi Potensial Bola Dilempar Vertikal Ke Atas Sebuah bola bermassa 400 gram dilempar vertikal ke atas hingga mencapai ketinggian 5 m. Bila g = 10 m/s2, hitunglah energi potensial benda pada ketinggian tersebut! Diketahui : m = 400 g = 0,4 kg h = 5 m g = 10 m/s2 Ditanyakan : Ep = ….? Jawab: Menghitung Energi Potensial Bola Dilempar Ep = m g h Ep = 0,4 · 10 · 5 Ep = 20 J Jadi, energi potensial yang dimiliki benda sebesar 20 J. 7). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik Burung Terbang Seekor burung terbang dengan kelajuan 20 m/s. Bila massa burung tersebut adalah 400 gram, maka hitunglah energi kinetic yang dimiliki burung? Diketahui : v = 20 m/s m = 400 g = 0,4 kg Ditanyakan: Ek = …. ? Jawab: Menghitung Energi Kinetik Burung Terbang Ek = ½ mv2 Ek = ½ (0,4) x (20)2 Ek = 0,2 x 400 Ek = 80 J Jadi, energi kinetik yang dimiliki burung sebesar 80 J. 8). Contoh Soal Energi Kinetik Benda Diam Dan Gerak Sebuah benda bermassa 2 kg mula-mula diam, kemudian bergerak lurus dengan percepatan 5 m/s2. Berapakah usaha yang diubah menjadi energi kinetik setelah 2 sekon? Diketahui: m = 2 kg a = 5 m/s2 v0 = 0 t = 2 s Ditanya: W=… ? Jawab: v = v0 + a.t v = 0 + (5)(2) = 10 m/s Menghitung Energi Kinetik Benda Bergerak W = ΔEk W = Ek – Ek0 W = ½ m.v2 – ½ m. v02 W = ½ x 2 x (10)2 – 0 W = 100 J 9). Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang Miring Sebuah mobil bermassa 1200 kg menuruni sebuah bukit bersudut 300 seperti ditunjukkan pada gambar. Pada saat laju mobil 12 m/s, pengemudi mengunjak rem. Hitung berapa gaya konstan F yang sejajar dengan jalan yang terjadi jika mobil berhenti setelah menempuh jarak 100 meter. Contoh Soal Perhitungan Gaya Pengereman Mobil Bidang MiringDiketahui m = 1200 kg a = 30o v1 = 12 m/s v2 = 0 h2 = 0 h1 = 100 sin(300) h1 = 50 m s = 100 m Besar energi total mobil adalah Ek + EP = W Menghitung Energi Kinetik Mobil Ek = ½ m.v22 – ½ m. v12 Ek = (0) – ½ (1200) (12)2 Ek = – 86.400 J Menghitung Energi Potensial Mobil Ep = m.g.h2 – m.g.h1 Ep = (1200)(9,8)(0) – (1200)(9,8)(100 sin30o) Ep = 0 – (11760)(50) Ep = 588.000 J Menghitung Usaha Pengereman Mobil W = Ek + EP W = – 86.400 + – 588.000 W = 674.000 J Menghitung Gaya Pengereman Mobil W = F.s F = W/s F = 674.000/100 F = 6740 J F = 6,74 kJ 10). Contoh Soal Perhitungan Energi Kinetik dan Jarak Benda Bergerak Sebuah benda bermassa 4 kg berada dalam keadaan diam pada sebuah bidang datar yang licin. Kemudian, pada benda tersebut bekerja sebuah gaya F = 50 N sehingga kecepatannya menjadi 10 m/s. Tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gaya F, dan jarak yang telah ditempuh benda tersebut. Jawab Diketahui: v1 = 0, awal benda diam, v2 = 10 m/s, m = 4 kg. F = 50 N Rumus Menghintung Usaha Benda Bergerak Usaha Yang dilakukan Gaya F adalah energi kinetic dan dapat dinyatakan dengan persamaan berikut: W = ½ m.v22 – ½ m.v12 W = ½(4 kg) x (10m/s)2 – 0 W = 200 Joule Rumus Menghitung Jarak Tempuh Benda Energi Kinetik Jarak yang ditempuh benda akibat adanya energi kinetic dapat dihitung dengan rumus berikut W = F . s s = W/F s = 200/50 s = 4 sekon 11). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Naik Tangga Seseorang yang massanya 60 kg berlari menaiki tangga yang tingginya 5 m dalam waktu 6 sekon. Berapakah daya yang dihasilkan orang tersebut? (g = 10 m/s2). Diketahui: m = 60 kg h = 5 m t = 6 s g = 10 m/s2 Ditanya: P = … ? Jawab: Rumus Menghitung Daya Banda Gerak Naik P = (F.s)/t = (m.g.h)/t P = (60 x 10 x 5)/6 P = 500 watt 12). Contoh Soal Perhitungan Daya Orang Naik Tangga Tower Seorang petugas PLN yang massanya 60 kg menaiki tangga sebuah tower yang tingginya 20 m dalam waktu 4 menit. Jika g = 10 m/s2, berapakah daya yang dikeluarkan petugas PLN tersebut? Jawab Diketahui: m = 60 kg, h = 20 m, t = 4 menit x 60 = 240 sekon g = 10 m/s2. Jawab: Rumus Mengitung Usaha Naik Tangga Tower Usaha untuk menaiki tangga tower dapat dinyatakan dengan rumus berikut W = m.g.h W= (60kg)(10m/s2)(20m) W = 12000 Joule Rumus Menghitung Daya Naik Tangga Daya Yang dikeluarkan dapat dihitung dengan rumus berikut P = W/t P = 12000/240 P = 50 watt 13). Contoh Soal Perhitungan Daya Pesawat Terbang Sebuah mesin pesawat terbang mampu memberikan gaya dorong sebesar 400 kN. Berapakah daya yang dihasilkan mesin ketika pesawat mengangkasa dengan kecepatan 500 m/s? Jawab Diketahui: F = 400.000 N dan v = 500 m/s P = F.v P = (400.000 N)(500 m/s) P = 200.000.000 watt P = 200 Mega watt 15). Contoh Soal Perhitungan Daya Pacu Kelajuan Mobil Sebuah mobil bermassa 1 ton dipacu dari kelajuan 36 km/jam menjadi 144 km/jam dalam 3 sekon. Jika efisiensi mobil 80 %, tentukan daya yang dihasilkan mobil! Diketahui: m = 1 ton = 1000 kg v1 = 36 km/jam v1 = 10 m/s v2 = 144 km/jam v2 = 40 m/s t = 3 s Ditanyakan: P = . . .? Jawab: Menentukan Usaha Yang Dilakukan Mobil Usaha yang dilakukan mobil merupakan perubahan energi kinetic, karena mobil bergerak di jalan tidak memiliki energi potensial. Sehingga dapat dinyatakan dengan rumus berikut: W = Ek = ½ m.v22 – ½ m.v12 W = ½ (1000)x (402 – 102) W = 500 x (1500) W = 750.000 J W = 750 kJ Menentukan Daya Yang Dibutuhkan Oleh Mobil Pi = W/t Pi = 750kJ/3 Pi = 250 kJ Menentukan Daya Dihasilkan Mobil eff = (Po/Pi) x 100% Po = eff x Pi Po = 80% x 250 kJ Po = 200 kWatt 16). Contoh Soal Rumus Perhitungan Daya Pompa Air Sebuah mesin pompa air dapat memindahkan air sebanyak 600 liter ke dalam bak pada ketinggian 10 meter selama 5 menit. Jika efisiensi mesin pompa adalah 80 persen, hitung daya listrik rata rata yang diperlukan. Jawab: Diketahui: m = 600 liter = 600 kg h = 10 meter t = 5 menit = 300 sekon Menghitung Daya Pompa Daya yang diperlukan untuk memindahkan air dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut: P = W/t P = m.g.h/t P = (600x10x10)/300 P = 200 watt Efisiensi Mesin Pompa 80 % sehingga daya yang harus disiapkan adalah: P = (200watt)/(80%) P = 250 watt Jadi daya pompa yang harus disiapkan agar dapat memberikan daya rata rata sebesar 200 watt adalah 250 watt. 17). Contoh Soal Perhitungan Energi Mekanik Benda Sebuah benda berada dalam keadaan diam pada ketinggian 200 cm dari permukaan tanah. Massa benda 4 kg dan percepatan gravitasi bumi g = 10 m/s2. Tentukan energi mekanik benda tersebut. Jawab Diketahui: v = 0 m/s, m = 4 kg h = 200 cm = 2 m, g = 10 m/s2. Rumus Menghitung Energi Mekanik Benda EM = EP + EK EM = m.g.h + ½ m.v2 EM= (4 kg)(10 m/s2)(2 m) + 0 = 40 joule Jadi, energi mekanik benda yang diam di ketinggian tertentu akan sama dengan energi potensialnya, karena energi kinetiknya nol. Daftar Pustaka:
|